目的:目前,棉花已成为新疆经济支柱产业,其中氮肥发挥着重要作用,棉田氮素养分资源优化管理是提高经济效益、环境效益和社会效益必由之路。本研究试图通过田间试验以土壤Nmin为指标,氮素平衡为基础的优化施氮推荐技术,结合数字图像识别和分析技术,初步建立基于Nmin的棉田氮素养分实时监测和推荐施肥技术体系,以期为新疆精准农业精准施肥及棉花高产栽培水肥管理提供理论依据。方法:通过田间试验,建立基于土壤Nmin的棉田氮肥推荐体系,结合数字图像识别和分析技术、建立基于Nmin的棉田氮素养分实时监测和推荐施肥技术体系,进行验证,并评价质量及效果。结果:本研究于2005-2007年顺利完成了乌兰乌苏气象站的棉田氮素优化管理试验,及基于此的147农场、150农场、乌兰乌苏气象站的验证和质量评价。结论:1)运用Logistic模型对棉花干物质,吸氮量和土壤氮素矿化进行模拟,决定系数可达到0.9508-0.9990。2)基于Nmin的棉田氮素优化管理,100%优化氮素管理棉花生物量,产量及产量结构,吸氮量与常规没有差异,在保证当地目标产量下,能够在现有施氮水平下大幅度的减少施氮量,减少幅度可达21-33%。3)棉田氮素表观平衡计算结果表明,常规、140%和180%施氮处理,收获后0-60 cm土壤中氮素盈余量高达380 kg/hm~2,无机氮和表观损失分别高达187 kg/hm~2和193 kg/hm~2,显著高于100%优化处理。4)在本试验条件下,采用0-20、0-40、0-60 cm不同土层供氮量为供氮指标时,最大供氮量分别为250.5、270.5、293.5 kg/hm2。随着土壤深度的增加,土壤剖面无机氮累积量增加,土壤供氮能力增强,不同土层最大供氮量也逐渐增加。5)以土壤Nmin棉田氮素管理体系和数字图像识别分析技术的氮素诊断体系为基础,开发的ImageExp1.0棉田氮素动态监测与管理系统,在乌兰乌苏气象站、147农场和150农场验证结果表明:采用该系统比对照增产5%-12%,节肥下降25%-60%。