本发明公开一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，该栽培方法基于一栽培装置，包括支架，支架的上部设有营养液箱，中部设有栽培箱，栽培箱内盛放陶粒砂；植物氮肥施用量优化的步骤如下：1)准备N15标记氮素含量依次增加的多组营养液；2)将其中一组营养液注入储液箱，利用营养液对各栽培箱种的植物进行培养，并定时对营养液充氧和更新；3)待植物生长至特定时间或生长期时，测得剩余和残留的营养液中的氮素质量a，陶粒砂吸收的氮素质量b，植株内的氮素质量c，计算对植物施用氮肥中总的氮素质量m；4)依次应用剩余的各组不同氮素含量营养液，得到各组营养液对应的a、b、c和m，通过比较分析确定植物氮肥施用量。

本发明公开了一种精细化作物施肥系统及施肥方法，所述施肥系统包括：全方位移动平台以及设于全方位移动平台上的施肥装置、检测装置和控制装置，全方位移动平台、施肥装置和检测装置受控于控制装置；施肥装置包括：肥料箱；出液管，一端与输送泵相连，另一端连通有喷杆，喷杆设有若干喷头；输送泵，通过管路与肥料箱的底部连通，用于将肥料泵入出液管；驱动装置，与输送泵相连，用于驱动输送泵运行；机械臂，喷杆固定在该机械臂上；检测装置包括固定在机械臂上的双目相机和光谱仪。本发明还公开了一种精细化作物氮肥施肥方法。本发明能够通过双目相机和光谱仪全面分析作物的特征信息，从而实现精细化施肥，且结构简单，喷施更加灵活。

本发明公开了一种优化植物氮肥施用量的实验系统，包括密闭的栽培室，所述的栽培室内设有支架，支架上放置有一个或多个培养皿，各培养皿通过两路输液管与为植物提供不同氮素含量营养液的营养液循环装置连通；所述栽培室还设有用于栽培室内外空气互换的换气装置，以及为植物提供生长所需光照、温度和湿度的环境控制装置。本发明还公开了一种优化植物氮肥施用量的方法。本发明的整个实验周期极少需要人工操作，各个变量可基本实现自动化控制，可实现实验的便利进行；并为植物生长提供适宜的生长环境，防止因植物生长状况不合格对实验造成不利影响。