作物的光谱特征是植被遥感的一个重要方面。利用遥感技术对作物氮素营养状况和长势进行快速诊断和实时监测，进而建立基于作物光谱特征的精准变量施肥模型都是精准农业的研究热点，因而具有重要的理论和实践意义。本研究以冬小麦和夏玉米为对象，以大田试验为依托，综合运用现代遥感信息对作物生长特性、生物理化状况进行测试，以及采用统计回归分析等手段，确立了冬小麦和夏玉米的光谱特征与作物氮素营养状况、叶片叶绿素含量、长势、产量等的关系，构建了基于植株特征光谱的作物氮素营养、生长特征及产量预测模型，并进一步建立了精准施氮模型。研究结果为当地作物快速氮素诊断、生长监测和精准氮肥管理提供理论基础和关键技术。　　 本研究通过测定冬小麦和夏玉米几个典型生育期的地上部分全氮含量、硝态氮含量、叶片叶绿素含量(成熟期除外)、叶绿素计读数(2006夏玉米，成熟期除外)、鲜(干)生物量、LAI(夏玉米)、土壤表层(0-20cm)全氮含量、冠层光谱(成熟期除外)等指标，结合作物不同生育期的生长特点和吸收养分规律，系统分析了作物冠层单波段反射率以及植被指数的相关性，然后建立了氮素诊断模型和施氮模型等。主要研究结论如下：　　 1.冬小麦和夏玉米的氮素含量随着作物生长期的推移逐渐减小；叶片叶绿素、LAI从生育初期到中后期逐渐增大，到后期持平甚至开始下降；地上部分生物量和吸氮量在整个生育期则一直呈上升趋势。相同时期不同旌氮条件下，施氮量高的处理各项农学参量普遍较大，但当施氮量增加到一定量时，各项指标便不再增加，甚至有所下降。　　 2.冬小麦和夏玉米冠层在可见光范围内反射率随施氮量的增加而降低，近红外区域则有升高趋势。孕穗期两种作物冠层反射率在可见光和近红外区域均具有最大差异(约40-45％)。可见光波段(除460nm)反射率与作物相应时期和收获期各农学参量呈负相关，近红外波段(760-1300nm)则呈正相关，一般510-1100nm相关性较强。由可见光和近红外波段组成的几种常见的光谱植被指数与上述各农学参量的相关性均高于单波段，其中垂直植被指数(PVI)和转换型植被指数(TASVI)效果较好，差值植被指数(DVI)最差。综合考虑选用NDVI(660，760)来对各农学参量进行拟合，证明除作物生长初期外，该指数普遍都可以准确拟合这些参量。夏玉米在抽雄期和开花期冠层光谱与各农学参量的关系不稳定。　　 3.不同品种夏玉米光谱反射率存在差异。整个生育期不同品种冠层在可见光范围内反射率差异一直没有达到显著水平，在近红外区域苗期和拔节期也无显著差异，从孕穗期到乳熟期近红外区域反射率差异增大，普遍呈显著性差异。采用F检验法可以准确且精确地反映不同品种在不同波段反射率的差异。常见光谱植被指数从拔节期到孕穗期绝大部分都可以准确反演不同品种夏玉米的农学参量，以GRVI最佳，它不仅可以区分不同品种夏玉米在中后期的长势，又可以准确拟合这段时期作物的农学参量。　　 4.利用便携式光谱仪GreenSeeker测定的冬小麦光谱植被指数NDVI和RVI与多光谱辐射计Cropscan在相同生育期测定的值有较大差异，但这两个指数在返青期、抽穗期和乳熟期与相应时期以及收获期各农学参量仍有较好的相关性。利用GreenSeeker测定的NDVI所建立的施氮模型指导冬小麦施肥可以减少施氮量，氮素利用率提高约10％。基于2005年Cropscan测定夏玉米孕穗期NDVI(660，760)建立的两个施氮模型，经过2006年在同一地区使用同一种仪器测定的光谱数据，证明这两个模型也可以在保证产量的前提下降低投入，氮素利用率提高约2.5％，使经济效益和环境效益兼顾。　　 以上结论可为当地或其它更广泛地区基于作物光谱特征的氮素诊断、长势监测及氮肥精准管理提供可靠依据。