无损实时监测作物水分状况是遥感和信息农学领域的一个重要研究课题，对于作物精确灌溉和节水生产具有极其重要的意义。本研究通过不同水氮处理下的盆栽试验和池栽试验，探明了水稻冠层光谱与植株水分及生长状况的关系，建立了基于冠层反射光谱的水稻水分状况监测模型、稻麦叶片光合和生长监测模型以及小麦籽粒蛋白质和淀粉积累动态监测模型，为作物生长地无损监测与智能诊断提供了依据。 研究了不同土壤水氮条件下水稻冠层光谱反射特征与植株水分状况的量化关系。水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低，短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下，高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率；同一水分条件下，高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理，近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数(R₈₁₀／R₄₆₀)与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关；比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关。表明冠层反射光谱可较好地反映水稻植株的水分状况。 明确了不同土壤水氮条件下水稻叶位含水率、含氮率、SPAD值和光合速率的动态变化特征。拔节至抽穗前后，叶片含水率大小为：WL1＜WL2＜WL3＜WL4；随胁迫时间的推移，灌浆期后不同水分处理间叶位水分变化规律随处理而出现差异，W3和W5处理下水稻叶片水分变化趋势不变，而W1和W2处理下叶片含水率的变化表现为相反规律。不同叶位SPAD值随水分胁迫程度而表现不同，拔节至抽穗期，W1、W2、W3和W5处理下SPAD变化规律基本一致：SPADL2＞SPADL3＞SPADL4，而SPADL1总是小于SPADL2；抽穗后，W1、W2处理下叶位SPAD变化趋势为SPADL1＜SPADL2＜SPADL3＜SPADL4，而W3、W5的变化规律则相反，高氮和低氮处理趋势一致。不同叶位氮含量的变化与SPAD表现为一致的变化规律。不同水分处理下水稻叶片叶位净光合速率变化趋势为：PSL1＞PSL2＞PSL3＞PSL4。发现水稻下部叶片与上部叶片之间含水率、氮含量和光合速率的比值或差值与冠层叶片含水率、氮含量和光合速率呈显著的线性相关。 阐明了不同土壤水氮条件下水稻叶片光合变化特征及其与冠层光谱反射特征的量化关系。发现比值植被指数R₈₁₀／R₆₈₀与水稻叶片净光合速率有良好的线性相关关系，而比值指数R₆₁₀／R₄₆₀与小麦群体光合势呈良好的指数相关关系。利用不同年份的两个不同水稻试验和一个小麦试验资料分别对水稻和小麦叶片光合诊断进行了检验，表明比值指数R₈₁₀／R₆₈₀和R₆₁₀／R₄₆₀可以较好地监测不同水氮条件下水稻和小麦叶片的净光合速率。 探明了稻麦冠层光谱日变化及生育期变化特征，确立了冠层反射光谱与叶面积指数、地上部鲜重和干重的量化关系。发现土壤水分克足及土壤干旱条件下，可见光波段(45M00nm和短波红外波段（12001700tUn）日变化一致，冠层光谱大，1、为：14时八2时司 时，而前者近红外眼＊001 光谱大小为：14时H 时司2时；后者则为：ic时八4时司2时。水稻可见光波段光抓射率前期维持较小的值，移栽后开始缓慢下降且在拔节前后出现极低值，然后逐渐升高，到灌浆盛期后又有下降趋势；而红外波段反射率变化呈现M形状，在拔节和灌浆期出现低峰值，在抽穗期前后出现极大值。1480～1650urn波段的反射率则变化不大，成熟时所有波段的反射率都增加；但干旱胁迫下前期低峰值推迟，高峰值维持时间短。，］、麦可见光波段反射率变化懈同水稻，但红外波段反射率变化规律有所差异，表现为光谱观率在整个生育进程中大致呈下降趋势。同时发现，R76晰l。和fulo／RI。分别与稻麦叶面积指数呈极显著线性和对测目关；R1650／Rl100与稻麦地上部鲜重呈极显著指数相关关系。 建立了不同土壤水氮条件下抽穗后小麦叶片SPAD值、冠层光谱反射特征与叶片氮素状况和主要籽粒品质指标的相关关系／小麦抽穗后叶片氮积累量与叶片SPAD值、冠层反射光谱分别呈显著的指数和线性相关；籽粒蛋白质积累量与叶片氮积累量呈显著线性负相关，而成熟期籽粒蛋白质积累量与穗后叶片氮转运量呈线性正相关。发现叶片SPAD值与籽粒蛋白质和淀粉积累量分别呈M次抛物线关系；比值指数民办民l。和R1500lR66。分别与蛋白质积累量和淀粉积累量是显著负指数相关关系。因此，叶片＊PAD值和比值植被指数可以用来预测单位土地面积上小麦籽粒生长过程中蛋白质和淀粉的积累动态。