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在作物生长发育和产量形成过程中，氮素的影响在大量元素中处于首要地位。新疆是我国重要的棉花生产基地之一，棉花产量占全国的三分之一以上，而棉花的增产主要依赖于肥料的增施，尤其是氮肥投入量很大。大量不合理投入氮肥，既增加了生产成本又污染了地下水资源。传统的氮素营养诊断费时费力、时效性差，为了科学的施肥管理，提高氮素养分诊断的时效性和氮素利用效率，利用实时、快速、无损测试技术获取棉田生长和养分状况显得尤为重要。本试验在2012-2013年在石河子大学农学院综合试验站进行。方案设置了4个施氮量水平(N0：0kg/hm2、N1：150kg/hm2、N2：300kg/hm2、N3：450kg/hm2)和4个灌水量水平(W0：2400m3/hm2、W1：3600m3/hm2、W2：4800m3/hm2、W3:6000m3/hm2)，棉花品种为新陆早45（XLZ45）。利用手持式主动光谱仪Greenseeker监测棉花主要生育时期NDVI、RVI，用叶绿素仪获取功能叶（倒四叶）SPAD值，研究棉花冠层NDVI、RVI、SPAD和氮素营养之间的关系，探明了不同水氮条件下滴灌棉花生育期内主动光谱参数NDVI、RVI以及SPAD的变化规律；通过相关分析，确定了氮素营养诊断的最适生育期；建立了诊断最适生育期基于归一化植被指数NDVI和SPAD棉花生长、营养参数预测模型，并验证了模型的适用性。主要研究结果如下：1、不同灌水条件下棉花生长季节中除W0外不同氮素梯度下NDVI差异均显著；NDVI值均表现为N3>N2>N1>N0； RVI在不同处理间差异不显著，表现出N0>N1>N2>N3的基本趋势，不同处理SPAD值与NDVI变化表现趋同；盛花期和花铃期NDVI和SPAD值不同氮素间差异较大。2、NDVI、SPAD在棉花不同生育期与棉花干物质积累量、叶面积指数、叶片氮含量、氮素积累量和籽棉产量均表现为正相关关系；在盛花期和花铃期NDVI与测定的除产量以外的各参数均达到显著或极显著相关关系，在铃期NDVI与籽棉产量之间的相关性达到显著水平；RVI在各生育期内与绝大部分测量参数之间的相关性为负值，均没有达到显著性水平，SPAD与除LAI之外的测定参数在各生育期均表现为极显著或显著正相关关系。3、参考各参量间的相关分析结果，建立了基于NDVI的冠层各生长参数和氮素营养估测模型。NDVI在盛花期和花铃期均可用来拟合植株干物质积累量、叶面积指数、叶片含氮量和植株氮积累量，决定系数在盛花期分别为：0.7064、0.7339、0.8258、0.7622，花铃期决定系数分别为0.5113、0.5653、0.5189、0.6952，均达到极显著水平；铃期NDVI的籽棉估产模型决定系数达到0.5042的显著水平。4、参考各参量间的相关分析结果，建立了基于SPAD的冠层各生长参数和氮素营养估测模型。SPAD值对棉花地上干物质积累量的预测模型以二次函数拟合程度最高，在盛蕾期、盛花期、花铃期和铃期，R2分别达到0.5458、0.7703、0.9048和0.7948;SPAD与叶片含氮量的线性拟合方程决定系数R2在4个生育期分别达到0.8874、0.8445、0.8182和0.7846，均达到极显著水平（p<0.01）；SPAD与植株氮素积累量的拟合方程在4个生育期分别达到0.8230、0.8292、0.7835和0.6846；SPAD的产量估算模型在铃期适合度最高为0.7358。5、利用各生育期大田采集数据对结果4中所涉及的模型进行检验得到：在盛花期NDVI对干物质积累量、LAI、叶片含氮量、棉花氮素积累量的适合度R2分别为0.6442、0.8270、0.7704和0.4903，花铃期分别为0.6374、0.6496、0.5874、0.8275，铃期NDVI籽棉估产模型适合度为0.6650。6、SPAD对棉花干物质积累的估测适合度最高在花铃期为0.6485、对棉花叶片氮素预测的适合度最高为盛蕾期的0.5780，最低值出现在铃期，R2为0.1842；SPAD对植株氮素积累量的适合度均没有达到显著水平，适合度最高值出现在铃期，R2为0.2925；SPAD对棉花籽棉产量的预测适合度除了盛蕾期都在极显著水平，适合度最高在铃期达到0.7908。7、综合本研究结果来看，基于主动遥感的光谱参数NDVI和SPAD值均能在部分生育时期用于长势监测和氮素养分诊断，RVI不适宜；用Greenseeker的养分诊断最佳期为棉花的盛花期和花铃期，最适诊断指标为LAI；基于SPAD的氮素诊断指标叶片含氮量为最佳选择；水分不足条件下（W0）不适宜做氮素养分诊断。