氮素是植物生长发育必不可少的营养物质,其在植物体内含量的高低会影响到正常的生命活动。当时当地的掌握植株对氮素的吸收利用情况并同时进行合理的氮肥运筹,在减少投入的情况下增加（或维持）产量,这是精确农业的要求。进行精确的施肥管理措施,也是我国为推动发展低消耗、环保、高效优质的可持续农业提出的要求。本研究试验在多个试验点进行,具体设计为小麦品种、氮肥处理的互作试验。采用国际上广泛使用的3种便携式传感器（SPAD502-叶绿素仪、Dualex4植物氮平衡指数测量仪,Multiplex便携式紫外-可见光荧光仪）,在小麦的关键生育时期分别获取来自于各个便携式传感器的光学指标,同步获取生物量、氮含量、氮积累量等农学指标。系统分析光学指标与营养指标的定量关系并进行模型验证。研究结果为冬小麦氮素营养的诊断与调控提供理论依据和技术支撑。首先研究基于单叶传感器的小麦氮素营养诊断,分别构建基于SPAD502-叶绿素仪、Dualex4植物氮平衡指数测量仪的小麦营养指标的监测模型并进行验证;选取适合本试验的临界氮浓度模型（Nc%=3.06LDM-0.15）来计算NNI,明确氮营养指数与相对产量的关系,确定最高产量下的氮营养指数平台值。监测结果表明:Chl、NBI、SPAD值分别与营养指标呈正相关,Flav值呈负相关。NBI（R2=0.62）和Chl（R2=0.53）与氮营养指数（NNI）的定量关系优于SPAD（R2=0.46）和Flav（R2=0.46）。对于叶片氮含量（LNC）和叶面积指数（LAI）,NBI（R2=0.57,0.66）略优于Chl（R2=0.55,0.55）;对于叶片氮积累量（LNA）,NBI（R2=0.64）表现优于 Flav（R2=0.55）。对于叶生物量(LDM,NBI（R2=0.55）和Flav（R2=0.54）监测效果最好,但表现无明显差异。验证结果表明,对于氮营养指数和叶片氮含量来说,Chl、NBI、SPAD所建立的验证模型R2无明显差异（R2均在0.5以上,RRMSE小于20%）,验证效果较好。而叶片氮积累量验证结果显示,RRMSE>40%,验证效果较差。因此得出结论,通过分析单叶冠层传感器的指标监测模型,证明可以利用其进行小麦氮素营养诊断,进一步通过确定各个光学指标的临界值来定量判断小麦的氮素营养盈亏状况。在单叶传感器测试后同步进行了冠层传感器的测试。使用获取于冠层传感器Multiplex的光学指标构建与小麦的营养指标的监测模型,即建立简单荧光比率（SFRG,SFRR）、类黄酮（FLAV）、氮平衡指数（NBIG,NBIR）与营养指标在全生育时期的定量关系。简单荧光比率和氮平衡指数分别与营养指标的关系呈正相关,类黄酮呈负相关。监测结果表明植株氮含量（0.40<R2<0.65）和叶片氮积累量（0.35<R2<0.55）的监测效果较好;验证结果表明:Multiplex在叶片氮积累量的验证结果（R2=0.50-0.80,RMSE=25-50kg·ha-1）和植株氮含量的验证结果（R2=0.35-0.65,RMSE=5.0-8.5 kg·ha-1）较好。结果证明:氮平衡指数（NBIG,NBIR）表现最优,其中由绿光激发的NBIG表现最为稳定。为了更好地进行田间管理和生长监测,需要通过确定各个光学指标的临界值来定量判断小麦的氮素营养盈亏状况。本研究选用了两种方法。方法一:在小麦生长监测模型建立的基础上,利用实验室已有的临界氮浓度模型进行氮营养指数的获取;确定氮营养指数与相对产量的关系,获得最高产量下的适宜氮营养指数。利用氮营养指数与各个光学指标的关系,确定光学指标的临界值,以此能够指示氮素营养亏缺。方法二:通过绘制ROC曲线,利用约登指数和ROC曲线下面积（AUC）来评价诊断试验的准确性以及确定诊断临界值。结果表明氮平衡指数NBI可以更好地定量估测氮含量和氮营养指数,达到快速进行小麦氮素营养无损诊断的目的。