农业安全是民生发展的命脉和根本保障,在我国农业污染检测治理已经提升至战略高度。本文面向植被污染机理不同的两种重金属元素铜（Cu）、铅（Pb）污染监测研究需要解决的重难点,设计三期玉米室内盆栽实验。采集铜、铅污染下玉米叶片关键生育期350～2500nm光谱反射率、玉米叶片中铜、铅含量以及叶片的叶绿素相对含量值（Soil Plant Analyzer Development,SPAD）等理化数据。其中,叶层位是叶层位置的简称,不但包含玉米叶片生长位置,同时包含相同叶层位置功能叶片的生长程度,叶片大小尺寸等差异。分别从以下三方面展开研究:一、基于面商变率法研究玉米关键生育期的铜、铅污染监测,从玉米苗期和抽穗期的顶叶、中叶和底叶三种叶层位中甄选出最适合铜、铅污染监测的最优叶层位。在玉米叶片地表反射率的全谱段区间,采用光谱微分等特征提取方法选择8个特征极值点构建4个典型特征区域,并绘制面积商均值、SPAD值和叶片中重金属含量的变异性雷达图。根据雷达图六边形面积指示得出玉米抽穗期的底叶在铜、铅污染监测中是最优叶层位。其中,在玉米处于苗期时,顶叶、中叶和底叶的叶层位优选中,铅胁迫下面积商均值和SPAD值的雷达图六边形面积差异较铜胁迫更为明显,且铜胁迫下的面商和SPAD值变异性不明确;在玉米处于抽穗期时,顶叶、中叶、底叶的叶层位优选中,铅胁迫下面积商均值、SPAD值、叶片重金属含量的雷达图中六边形面积差异较铜胁迫更为明显,且铜、铅胁迫时均指示玉米底叶为最优监测叶层位。二、面向玉米关键生育期中苗期、拔节期和抽穗期叶片光谱数据进行频谱及幅度谱分析以及离散小波变换分解玉米叶片光谱,寻找遥感监测光谱敏感关键生育期光谱细微变化以区分判定玉米所受铜胁迫程度。发现苗期和拔节期光谱相位分布形态平行且存在差异,而抽穗期光谱相位形态呈倾斜分布,与苗期和拔节期的差异明显,为光谱敏感性最强生育期;对光谱相位进行过零率分析,获取两个维度信息,一是铜胁迫下玉米光谱相位的过零率均低于未经铜胁迫的空白对照组;二是在不同的铜胁迫梯度下,过零率从苗期、拔节期和抽穗期呈依次降低的趋势。因此,根据不同生长期的铜胁迫玉米叶片光谱相位可用于有效区分玉米所处的光谱敏感生育期。在铜胁迫下抽穗期玉米叶片光谱的近似系数在690～710nm范围内峰值所对应的波长呈现向短波方向移动的趋势,在CK～Cu（200）与Cu（800）～Cu（1000）存在峰值偏移分界线,可根据峰值偏移情况划分玉米所受胁迫梯度区间,用于判定所受的铜胁迫程度;小波分解的细节系数cd1在680～770nm、900～1000nm、1360～1440nm和1840～1920nm共计4个波段区间内幅度值波动较大,原始光谱在相应波段区间存在一定畸变。三、将最小熵反褶积（Minimum Entropy Deconvolution,MED）和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）等方法与自回归滑动平均（AutoRegressive Moving Average,ARMA）双谱估计相结合,进行玉米叶片中铜铅污染元素判别,并结合多元线性回归（Multiple Linear Regression,MLR）构建MED-EMDMLR模型估算玉米叶片的铜铅含量。在光谱微分技术、MED和EMD等光谱分析方法进行光谱反射率数据处理的基础上,并基于高阶谱中ARMA双谱估计可视化优势,构建了一种三维分布特征直观可视的玉米叶片中铜、铅重金属污染元素判别模型。根据绘制的ARMA双谱三维图能寻找统一图形规律区分铜、铅重金属元素在不同胁迫梯度下的光谱反射率曲线;并且能够判别铜、铅污染下光谱曲线的差异。同时提出了一种玉米叶片铜离子、铅离子含量估算模型,即基于本征模函数（Intrinsic Mode Function,IMF）分量IMF3中敏感波段构建的MED-EMD-MLR模型。试验结果表明,该模型不仅可以较好地判别玉米叶片的铜、铅污染元素类别,而且能够在较为准确地估算玉米叶片中铜离子、铅离子含量的同时取得比较理想的模型检验结果。通过以上三部分研究开展铜铅胁迫下玉米光谱敏感生育期变异探究与元素判别,为高光谱遥感技术应用于重金属污染监测进行地面实测值检验时的叶层位选择,遥感监测光谱关键生育期区分,重金属污染元素判别等问题的解决提供科学借鉴和理论依据。