氮素是作物生长的重要限制营养元素,其重要性仅仅次于水。为了提高单位面积产量,施氮是提高水稻产量的重要措施。然而大量施用的氮素流失到环境之中,对环境造成了污染。为了提高氮素的利用率,需要对作物的氮营养状态进行精确诊断。本研究通过大田、网室和温室的实验,研究了不同施氮水平下,作物的生理生态学特征,并研究了遮荫环境下生长的水稻叶片的主要生理学特征,为作物的氮营养诊断提供依据。研究得出的主要研究结论如下：在利用叶绿素计SPAD(Soil Plant Analysis Development)诊断叶片叶绿素和氮含量时,需要注意到叶片厚度的影响。研究当中采用专门设计的叶片厚度仪,研究了叶片厚度对SPAD读数产生的影响。不同生育期内或不同品种之间,由于叶片厚度的差异,会对SPAD估计单位质量的叶片氮含量或叶绿素含量产生影响。叶片厚度较大,会造成SPAD读数偏大,从而产生误差。为了消除叶片厚度的影响,可以利用叶片厚度除以SPAD读数,来消除这种影响。然而如果把叶片叶绿素或氮含量表示成单位面积的含量时,叶片厚度不会产生影响。施氮水平的提高会使得叶片变薄,这是造成叶片披垂的重要原因之一。施氮也使得叶绿素a/b值下降,这证实了以往研究的预测。研究还发现叶片年龄对作物的氮营养诊断产生了较大的影响。叶片年龄越大,不同施氮水平下叶片的SPAD读数差异越大,下位叶由于叶片年龄比上位叶大,从而在不同施氮水平下其SPAD读数差异也较大,这也解释了为什么下位叶更加适宜做氮营养诊断的指示叶。冠层当中SPAD读数分布除了受光照分布的影响外,还受到植株年龄的影响。下位叶SPAD读数的降解速度始终要比上位叶降解的快,所以植株年龄越大,冠层SPAD读数分布越陡峭,上下叶位叶片之间SPAD读数差异越来越大；此外,由于在高氮水平下叶片降解的速度较慢,上下叶位叶片降解的速率差异较小,从而上下叶位SPAD读数的差异较小。并提出了上下叶叶绿素a/b的比值这一指标,可以反映冠层的群体质量,但这一指标还有待进一步的研究。遮荫情况下生长的水稻,其叶片的SPAD读数要减小,并叶片厚度变薄,叶绿素a/b下降,且最大净光合下降,但快速光曲线的初始斜率并没有显著改变；在遮荫下生长的水稻叶片其叶绿素荧光参数发生改变,遮荫显著降低了两个水稻品种叶片的ΦPSII(实际光化学效率),这可能也是促使ETR(相对电子传递速率)降低的原因,同时这可能是改变光合特征的重要原因之一。