氮肥对于水稻的高产、稳产有重要作用。如何实时、快速、无损获取和诊断水稻生长状况，进而精确运筹氮肥是精确农业研究的热点。本文综合运用现代光谱遥感技术和作物生理生态技术，较系统地研究了水稻生长前期光谱特征与植株生长参数的关系，构建了水稻植株氮含量（Plant nitrogen content，PNC）、植株积累量（Plant nitrogenacumulation，PNA）、叶面积指数(Leaf area index，LAI)的定量估测模型;明确了不同产量水平下主要生育期水稻归一化植被指数(Normalized difference vegetation index，NDVI)、比值植被指数（Ratio vegetation index，RVI）、LAI、PNC以及PNA的适宜值，并构建了基于生长度日(Growing degree days，GDD)的适宜NDVI、RVI、LAI、PNC和PNA的估测模型;建立了基于光谱实时监测的水稻氮肥调控模型（氮素光谱指数法，Nitrogen spectrum index approach, NSI）。研究结果为水稻生长快速诊断和精确调控提供关键技术支撑。　　 通过设置不同氮肥水平、不同水稻品种的田间试验，研究了水稻穗肥施用前地上部LNC、PNA和LAI与冠层光谱参数的定量关系。结果显示，基于ASD高光谱仪的RVI(940，750)、基于Cropscan多光谱仪的RVI(1100，710)和基于主动光谱仪的NDVI(760，660)均可较好的监测PNC，建模R2和模型检验RMSE分别为0.72和0.29％，0.70和0.84％，0.78和0.07％。而基于Cropscan多光谱仪的DVI(760，710)和基于主动光谱仪的NDVI(760，660)能较好的估测PNA，拟合模型R2和模型检验RMSE分别为0.94和0.76 g·m-2，0.97和0.62 g·m-2。另外，基于ASD高光谱仪的DVI(1100，710)、基于Cropscan多光谱仪的RVI(1100，560)和基于主动光谱仪的RVI(770，660)能较好的估测LAI，建模R2和检验RMSE分别为0.67和0.79，0.92和0.18，0.98和0.19。　　 以不同水稻品种为试验材料，设置不同氮肥水平，于移栽后定期定点测定各小区NDVI、RVI、LAI、PNC及PNA值，进而明确了各指标与产量间的相互关系，确立了关键生育期各生长指标阈值，并建立了基于GDD的适宜生长指标模型。结果表明，各生长指标与产量呈二次曲线关系，水稻生长期适宜NDVI、RVI和LAI动态可基于生长度日(GDD)的Gaussian模型来模拟，PNC及PNA可基于GDD的Richards模型来模拟。利用独立试验资料对模型进行检验，结果显示模型具有较高的预测性，预测精度R2均达到0.9以上，相对均方根差RRMSE和相对误差RE均小于15％。表明所构建的模型具有较强的可靠性和适用性。　　 基于不同基施氮量处理，利用水稻拔节期的光谱植被指数实时估测植株氮积累量，研究构建了基于光谱的追氮调控模型(NSI)。结果显示，不同基施氮水平下的水稻植株氮素积累状况在穗肥施周期有较大差异。基于NSI，高施基氮量处理的追氮量需较对照调低（高氮低调），中施基氮量处理的追氮量较对照微高（中氮微调），而低施基氮量处理的追氮量需较对照显著调高（低氮高调）。追施氮肥后，各调控处理间的植株氮含量(PNC)和差值植被指数(DVI)逐渐趋于一致。而调控处理的叶片净光合速率(Pn)和氮肥农学利用率较各自对照明显提高，并获得了更高的经济效益。与常规高产施氮处理相比，低氮高调、高氮低调处理的Pn、干物质积累量、氮积累量、产量以及氮肥农学利用率等均有所提高。表明基于NSI的水稻追氮调控技术能根据植株实时氮积累量和土壤供氮量信息精确量化氮肥追施量，是一种良好的追肥调控技术。　　 进一步比较研究了利用NSI及4种已有追氮调控方法[叶面积指数法(LAI)、实地氮肥管理法(SSNM)、氮素营养指数法(NNI)、氮肥优化算法(NFOA)]指导水稻穗肥施用的优劣。结果显示，不同方法间产量及齐穗到成熟期干物质积累量差异不显著，但总施氮量及氮肥利用效率差异显著。低基蘖肥条件下，5种方法的施氮量及氮素转运率顺序为:NNI＞LAI＞NFOA＞S SNM＞NSI，氮肥回收率、经济效益、产投比及齐穗到成熟氮积累量大小顺序则相反。正常基蘖肥条件下，施氮量及氮素转运率顺序为:NFOA＞LAI＞S SNM＞NNI＞NSI，氮肥回收率及齐穗到成熟氮积累量大小顺序则相反;经济效益和产投比大小顺序为:NSI＞NNI＞LAI＞S SNM＞NFOA。与常规高产栽培相比，低基蘖肥条件下，NSI和SSNM施氮量降低，但籽粒产量、氮肥回收率和经济效益相对较高，而另外3种方法随有较高产量，但氮肥回收率及经济效益较低;而正常基蘖肥条件下，除NFOA施氮量相似，产量和经济效益略低外，其它方法均较常规高产栽培减少了氮肥投入，提高了产量、氮肥利用率和经济效益。因此，NSI无论在低基蘖肥，还是在正常基蘖肥条件下均有良好效果，实现了节氮增效，是一种良好的水稻穗肥施用指导技术。