作物的氮营养状态可以通过量化叶绿素含量来诊断，然而利用SPAD型叶绿素仪来测定作物叶绿素及氮营养含量时，叶片厚度的差异会对其测量结果产生影响。为消除这种影响需对SPAD型叶绿素仪增加叶片厚度测量功能。本文结合先进传感与精密测试技术、光电检测分析技术、近代植物生理学等多个学科领域，对叶片厚度补偿式叶绿素仪进行了研究。主要研究工作如下：首先，为消除作物叶片厚度差异对SPAD值的影响，进行了厚度补偿式叶绿素仪的研制。建立了厚度补偿后的SPAD′数学模型，设计了叶片装夹测量装置及后续的硬件电路，编写了相应的软件测量程序及上位机界面，实现了厚度及叶绿素的精确测量。其次，为探索叶片厚度对SPAD值估计叶绿素含量的影响，分析了具有厚度差异的水稻和棉花叶片中SPAD值、厚度、叶绿素含量三者的相关关系；为分析仪器的叶绿素含量检测精度、评价厚度补偿后的SPAD′数学模型估读叶绿素含量的能力，对不同生育时期水稻和棉花中补偿前后的SPAD值与叶绿素含量进行相关性分析；为得到最佳测量叶位及测量位置，分析了棉花在不同生育时期中不同叶位不同测量位置的SPAD水平。实验结果表明：较大的叶片厚度会使SPAD值偏大；此研制的仪器在厚度补偿后对叶绿素含量检测精度有明显提高，平均相对误差基本小于1%且厚度补偿后明显较补偿前小，经过厚度补偿的SPAD值与叶绿素含量的相关性较补偿前显著性提高，补偿后的相关系数基本在0.8以上；棉花的最佳叶位与测量位置是倒四叶及叶尖。最后，建立棉花铃期的叶片厚度与SPAD值对叶绿素含量影响的数学回归模型，并进行回归性分析与显著性检验，并对模型预测值与真实值进行分析计算。论文的研究对提高作物施氮水平，实现精细农业提供实验基础和理论依据。