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氮素是作物生长的重要限制营养元素，其重要性仅仅次于水。为了提高单位面积产量，施氮是提高水稻产量的重要措施。然而大量施用的氮素流失到环境之中，对环境造成了污染。为了提高氮素的利用率，需要对作物的氮营养状态进行精确诊断。本研究通过大田、网室和温室的实验，研究了不同施氮水平下，作物的生理生态学特征，并研究了遮荫环境下生长的水稻叶片的主要生理学特征，为作物的氮营养诊断提供依据。研究得出的主要研究结论如下：
在利用叶绿素计SPAD(Soil Plant Analysis Development)诊断叶片叶绿素和氮含量时，需要注意到叶片厚度的影响。研究当中采用专门设计的叶片厚度仪，研究了叶片厚度对SPAD读数产生的影响。不同生育期内或不同品种之间，由于叶片厚度的差异，会对SPAD估计单位质量的叶片氮含量或叶绿素含量产生影响。叶片厚度较大，会造成SPAD读数偏大，从而产生误差。为了消除叶片厚度的影响，可以利用叶片厚度除以SPAD读数，来消除这种影响。然而如果把叶片叶绿素或氮含量表示成单位面积的含量时，叶片厚度不会产生影响。
施氮水平的提高会使得叶片变薄，这是造成叶片披垂的重要原因之一。施氮也使得叶绿素a/b值下降，这证实了以往研究的预测。研究还发现叶片年龄对作物的氮营养诊断产生了较大的影响。叶片年龄越大，不同施氮水平下叶片的SPAD读数差异越大，下位叶由于叶片年龄比上位叶大，从而在不同施氮水平下其SPAD读数差异也较大，这也解释了为什么下位叶更加适宜做氮营养诊断的指示叶。冠层当中SPAD读数分布除了受光照分布的影响外，还受到植株年龄的影响。下位叶SPAD读数的降解速度始终要比上位叶降解的快，所以植株年龄越大，冠层SPAD读数分布越陡峭，上下叶位叶片之间SPAD读数差异越来越大；此外，由于在高氮水平下叶片降解的速度较慢，上下叶位叶片降解的速率差异较小，从而上下叶位SPAD读数的差异较小。并提出了上下叶叶绿素a/b的比值这一指标，可以反映冠层的群体质量，但这一指标还有待进一步的研究。
遮荫情况下生长的水稻，其叶片的SPAD读数要减小，并叶片厚度变薄，叶绿素a/b下降，且最大净光合下降，但快速光曲线的初始斜率并没有显著改变：在遮荫下生长的水稻叶片其叶绿素荧光参数发生改变，遮荫显著降低了两个水稻品种叶片的ΦPSII（实际光化学效率），这可能也是促使ETR（相对电子传递速率）降低的原因，同时这可能是改变光合特征的重要原因之一。