缓/控释肥料被用来解决传统肥料引起的营养流失和环境污染问题。然而,现有的研究结果表明,目前常规的缓/控释肥料存在着价格高、营养元素单一或者包膜肥的包膜破裂依旧造成营养突释等问题。本论文选用山西省高分子复合材料工程技术研究中心开发的富含多种营养元素的生物降解高分子缓/控释材料作为缓/控释化肥,通过玉米大田实验,系统研究其对土壤物理性质、化学性质的影响,对作物生理性状、产量和品质的影响,并建立了土壤质量评价模型和作物产量预测模型,为高效设计富含多种营养元素的生物降解高分子材料奠定理论基础。具体研究结果如下:富含多种营养元素的可生物降解高分子缓/控释材料对土壤理化性质影响显著。由于可生物降解高分子缓/控释材料本身是有机物,田间使用可降低土壤比重,提高土壤有机碳含量,增加土壤微生物活性,有利于植物生长。由于生物降解高分子缓/控释材料处理有利于植物的生长,可提高作物对水的吸收和蒸发,各生物降解高分子材料处理均不同程度降低了土壤水分含量。由于土壤内部具有大量的可作为缓冲剂的离子和有机物,因此各处理pH的变化均不显著。土壤氮、磷和钾含量的变化显示了生物降解高分子缓/控释材料具有优异的养分缓释性能。富含多种营养元素的可生物降解高分子缓/控释材料提高了玉米的产量和品质。其中,含有微量元素的生物降解高分子缓/控释硼肥(BRF)和生物降解高分子缓/控释微肥(WRF)作物产量最优,说明玉米果实的生长对硼和其他微量元素(铁、锰、铜、锌)的需求敏感。生物降解高分子材料能够显著提高玉米的总淀粉,直链淀粉,可溶性糖和籽粒中氮、磷和钾的含量,对于改善果实口感和营养具有明显效果。施用生物降解高分子材料可增加玉米植株的高度、干物质积累量、植株叶绿素含量,表明其养分的缓释和有机质的输入使作物在生长后期依旧具有良好的养分条件,从而增产增效。利用作物产量和土壤相似度进行聚类分析,以评价生物降解高分子缓/控释材料对土壤质量的影响。通过作物产量将土壤肥力质量划分为三类,分别对应低产土壤(无肥处理)、高产土壤(除生物降解高分子缓/控释硫肥(SRF)外的其它生物降解高分子缓/控释肥和有机无机复混肥处理)和中产土壤(SRF处理)。对土壤指标直接聚类,结果表明:使用质心联接和欧式距离聚类严重损失土壤信息,不利于评价土壤质量。而使用组间联接和欧式距离聚类将土壤划分为三等,分别为高质量土壤(BRF和有机无机复混肥(OM+INF)处理)、中质量土壤(WRF、聚乙烯醇和无机肥复混肥(PVA+INF)、生物降解高分子硅肥(GRF)、生物降解高分子氮磷钾肥(PRF)和SRF处理)、低质量土壤(无肥处理)。对土壤指标进行主成分分析后,再使用主成分分析结果进行聚类,结果表明,主成分聚类可以反映土壤健康质量:BRF可以改善土壤健康质量,OM+INF、PRF、WRF、无肥处理对土壤质量无明显改善或破坏作用,SRF、GRF、PVA+INF对土壤健康不利。使用多元线性回归和人工神经网络利用生物降解高分子缓/控释材料大田实验数据分别预测作物产量。结果表明,神经网络预测结果精度高于多元线性回归预测结果精度。通过使用贝叶斯正则化训练函数可以降低神经网络的过拟合现象,提升模型预测精度。通过输入变量和模型参数调整,找到了最优的神经网络预测模型。此模型下除空白处理和SRF由于连续两年种植导致的营养缺乏和硫素累积毒害作用外,其他处理预测结果基本符合真实结果的规律。就优化材料设计和指导农业实践角度,该模型满足要求。