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氮肥在小麦生产中发挥着重要的作用,氮肥的过量或者亏缺都会对小麦的生长发育和产量品质产生影响。科学的氮肥运筹,不仅能提高作物产量和品质,而且还能提高作物的氮肥利用效率、降低生产成本、减少环境污染,从而产生巨大的社会、经济和生态效益。本研究通过在江苏省如皋市、淮安市以及泗洪县开展了涉及不同品种和施氮水平的小麦试验,在关键生育期获取并测试了植株地上部干物重、氮浓度、叶面积指数、茎叶比、碳氮比等数据,系统分析了这些长势指标及氮素营养指标的变化规律,建立了基于不同器官指标的小麦临界氮浓度稀释模型及模型参数估算方法,进一步计算可指示氮素营养状况的氮素营养指数(Nitrogen nutrition index,NNI)、氮素亏缺量(accumulated N deficit,AND,kg.ha-1)、氮素需求量(N requirement,NR,kg.ha-1)。在此基础上,构建了基于NNI的氮肥调控算法和基于氮肥优化算法(NFOA)的氮肥调控方法。首先,通过实施不同地区、品种以及年份的小麦氮肥试验,构建基于不同指标下的小麦临界氮浓度模型(Nc = 3.61 LDM-0.19,R2 = 0.77;Nc = 2.50SDM-044,R2 = 0.89;Nc=4.16PDM-0.41,R2 = 0.87;and Nc = 3.82LAI-0.36,R2 = 0.81),并且对各指标下的临界氮浓度模型进行综合性比较。进一步系统分析了 4种临界氮浓度模型计算的NNI、AND和NR指标,得到基于SDM建立的小麦临界氮浓度模型与基于PDM建立的临界氮浓度模型之间的关系最好;在采用NNI对相对产量(RY)进行估算时,研究得到基于SDM的临界氮浓度模型得到的NNI对相对产量(RY)的预测结果最好。其次,为明确基于不同器官指标的小麦临界氮浓度稀释模型参数变化规律,采用模型参数估算方法,分析了冠层植被指数、茎叶比和碳氮比与模型参数的定量关系。首先,对不同年份、品种、地区的小麦临界氮浓度模型参数a和b值进行方差分析后发现,在参数b值之间不存在差异,在参数a之间存在显著差异,因此,在对临界氮浓度模型的参数进行估算时,只需要对参数a值进行估算。研究表明,拔节期冠层植被指数对参数a值有最好的估算结果,基于冠层植被指数对参数a值的估算结果是:基于归一化植被指数(NDVI)对参数a值的估算为:a = 13.527*x 4.2339,R2=0.8600;基于比值植被指数(RVI)对参数a值的估算为:a = 0.8963*x + 0.2967,R2=0.8532。茎叶比(S/L)是植株氮浓度下降的原因之一,碳氮比(C/N)也在植株生长过程中发挥着重要作用,因此,可以用NDVI指数对茎叶比和碳氮比进行预测,其结果为:S/L=0.0786e3.7658x,R2=0.8335,RRMSE=0.1334;C/N=3.8445e0 8176x,R2=0.7102,RRMSE=0.1360;采用不同时期的茎叶比和碳氮比对参数a值进行估算时,拔节期对参数a值的估算结果最好。基于茎叶比(S/L)对小麦植株临界氮浓度模型参数a值的估算为a = 4.2113*(S/L))+0.7074,R2=0.8584,基于碳氮比对小麦临界氮浓度模型参数的估算为 a = 2.5696*(C/N)-12.254,R2=0.8605。最后,建立了基于NNI和NFOA的氮肥调控方法。利用历史试验数据,对氮肥调控模型参数进行量化。采用试验数据对模型进行检验,可以发现这两种方法能够较好地对缺氮处理、适宜氮肥处理和氮肥过剩处理作出相应的氮肥调控。基于NFOA和NNI的氮肥调控方法能够使氮肥农学利用率(NAE,kg.kg-1)、氮肥利用率(NUE,%)、氮肥偏生产力(PFP,kg.kg-1)、氮肥生理效率(NPE,%)均达到了较高水平。