农业的精准化是当今生产中突破高耗和低效、实现与环境和谐相处的根本方法,高光谱遥感可以及时获取农作物的生长状况信息。本文以夏玉米为研究对象,以大田实验为基础,借助高光谱遥感技术的理论与方法,分析玉米叶绿素、叶面积指数及叶片含水率的时空变化规律,分析生长过程中这些指标与光谱反射率间的量化关系,构建基于植被指数、高光谱特征参数、红边参数、单波段和光谱指数的高光谱估算模型,充分体现了高光谱遥感技术在监测作物夏玉米叶绿素含量、叶面积指数及叶片含水率的技术优势,在我国农业大田植被快速、省力、简捷采集生长指标信息做出了必要的技术支撑,为科研工作者提供了获取农作物生长指标的技术途径,从而推进精准农业的继续发展。研究得到了以下结论:(1)夏玉米冠层光谱反射率曲线特征基本吻合于绿色作物的光谱反射率曲线特征。大体都是在蓝光范围和红光范围内有2处的植物光谱反射率比较低,即存在两个吸收带,在绿色植物光谱范围550 nm附近(即绿光范围内)光谱反射率比较高,出现一个反射峰。绿色植物的波段到710 nm附近光谱反射率值骤然变大,到了近红外波段范围后绿色植物光谱反射率值是比较稳定的,这样在近红外波段范围内就形成一个光谱反射率高平台。夏玉米光谱反射率曲线特征在不同生育时期是存在差异的,且差异比较明显。在可见光波段,从七叶到拔节,再到吐丝,反射率逐渐减小,从吐丝到灌浆,再到蜡熟,反射率逐渐增大;在绿色植物光谱反射率近红外波段范围内,从七叶到拔节,再到吐丝,夏玉米光谱反射率值逐渐上升,夏玉米生育期从吐丝期到灌浆期,再到夏玉米的最后一个研究阶段蜡熟期,其光谱反射率值一直处于下降趋势。(2)夏玉米在不同生育阶段650~740 nm之间光谱曲线值斜边(红边)有很大差异,具体体现在夏玉米红边从七叶期到拔节期,再到吐丝期,其680~760 nm之间光谱反射率斜边(红边)位置向右边偏移,即向着波长大的方向移动,夏玉米到吐丝期后,其680~760 nm之间光谱反射率斜边(红边位置)向波长小的那边偏移;同时随着夏玉米生育期的不断推移,夏玉米红边振幅和红边面积也出现与红边位置同样的变化特征,都是先增加后降低。(3)在叶绿素含量不同的情况下,夏玉米光谱反射率曲线值和680~760 nm范围内的红边特征是会存在很大差别的,夏玉米叶绿素含量越高,可见光范围内夏玉米反射率会呈现相反的趋势,即会越来越小,而近红外波段光谱反射率呈现相同的变化趋势;同时,夏玉米冠层光谱红边振幅和红边面积也与叶绿素含量呈现一致的变化趋势,即会随着叶绿素含量的增大而增大。利用植被指数、高光谱特征参数和红边参数来反演夏玉米叶绿素含量的模型中,从模型的决定系数、均方根误差和相对误差来看,植被指数对夏玉米叶绿素的反演效果最好。(4)在叶面积指数不同的情况下,夏玉米光谱反射率曲线值和和680~760 nm范围内的红边特征是会存在很大差别的,具体解释为,LAI值越高,可见光范围内夏玉米反射率会呈现相反的趋势,而800 nm以后的光谱曲线变化呈现相同变化趋势;夏玉米冠层光谱红边振幅和红边面积也与叶面积指数呈现一致的变化趋势,即随着叶面积指数的变大而增大。利用植被指数、高光谱特征参数和红边参数来反演夏玉米叶绿素和叶面积指数的模型中,从模型的决定系数、均方根误差和相对误差来看,植被指数对夏玉米叶面积指数的反演效果最好。(5)不同叶片含水率情况下夏玉米光谱特征和红边特征也会产生明显的差异,具体可以解释为:夏玉米冠层水平光谱曲线反射率值与叶片含水率变化呈现相反的变化趋势,即夏玉米叶片含水率越低,反射率曲线值越高;拔节期和灌浆期适合采用单波段法来反演夏玉米叶片含水率,而七叶期、吐丝期和蜡熟期更适合用光谱指数来建立叶片含水率模型。