小麦早衰是影响小麦产量的一个重要因素。水分、干旱和高温胁迫、生长调节剂等都可能导致小麦早衰。高光谱遥感技术作为一种新兴的非破坏性无损测试技术为监测作物早衰提供了可能。本研究以抽穗后小麦功能叶片为研究对象,基于两年不同水分处理下的小麦池栽和盆栽试验,系统获取并筛选出对衰老敏感的形态、生理和生态等生物学指标(绿叶长度比、叶绿素和丙二醛),同步测试高光谱反射率,定量分析不同水分处理导致的不同衰老程度下小麦叶片绿叶长度比(the ratio of green part length to the whole leaf,GLR)、叶绿素(the content of chlorophyll,Chl)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)和高光谱的关系,采用植被指数(Vegetation index,VI)和连续小波分析(Continuous Wavelet Analysis,CWA)监测绿叶长度比、叶绿素和丙二醛等衰老敏感指标,初步确定对衰老敏感的光谱特征,并通过其实现间接监测小麦叶片衰老。以绿叶长度比为例,通过概率方法确定了判断小麦叶片衰老的标准及其生物学和光谱指标阈值,为快速、准确和无损监测小麦叶片衰老提供了技术支持和理论基础。首先,在明确小麦形态、生理和生态指标等生物学指标对不同水分处理敏感性基础上,筛选出对衰老敏感的绿叶长度比、叶绿素和丙二醛3个指标。系统分析了不同水分、叶位下绿叶长度比随衰老进程的变化趋势及小麦单叶高光谱反射率的变化规律和定量关系,并采用植被指数和连续小波分析法构建了间接反映衰老的绿叶长度比监测模型。结果显示:监测GLR较敏感的区域是可见光、近红外高反射平台和红边区域,以红边区域最敏感。新型的及前人的植被指数NDSI(R734,R713)、RSI(R713,R736)、NDVI705和mNDVI705均能较好地监测绿叶长度比。小波函数mexh(W726,S7)、cmor2-0.1(W451,S5)和cmorl-0.1(W451,S5)在预测小麦绿叶长度比表现最好。上述方法中,以 mNDVI705(R2= 0.720)和 mexh(W726,S7)(R2 = 0.747)表现最好。进一步通过综合分析绿叶长度比GLR与小波特征mexh(W726,S7)和植被指数mNDVI705在衰老判断中的概率关系,最终确定小麦叶片衰老的概率模型和临界点(mexh(W726,S7)=0.17 和 mNDVI705 = 0.6),即当 mexh(W726,S7)<0.17 且 mNDVI705>0.6 时,小麦叶片未衰老,反之表明小麦叶片进入衰老阶段。并利用独立试验数据对概率模型进行检验,结果显示,总体分类精度(Classification accuracy)为85.30%,GLR=1的召回率(Recall)为 85.61%,GLR≠1的召回率为 85.06%。其次,考虑到基于绿叶长度比的结构形态指标监测小麦衰老具有滞后性,本文又筛选了可能提高反演衰老的生理、生化指标,分别为与光合相关的叶绿素和反应细胞受损程度的丙二醛。结果表明:不同水分处理下,叶绿素含量均先较低,随后逐渐升高,最后叶片衰老时叶绿素含量逐渐降低;红边区域是指示叶绿素含量和衰老敏感的区域。植被指数 NDSI(R796,R709),NDSI(R581,R513),RSI(R710,R796),RSI(R581,R513),NDVI705和mNDVI705(R2= 0.586)和小波函数mexh(W710,S3)和 rbio3.7(W592,S6)具有较好表现。其中以植被指数mNDVI705(R2=0.586)和小波特征mexh(W710,S3)(R2=0.635)在监测小麦Chl含量和指示叶片衰老方面表现最好。最后,分析了基于高光谱反演丙二醛进而监测小麦叶片衰老的研究。结果表明:不同水分处理下,叶片未衰老丙二醛含量较低,进入衰老状态后丙二醛含量较高,且胁迫越严重,衰老程度越大,丙二醛含量越高。基于光谱指数和小波分析的结果均显示,对MDA最为敏感的区域位于可见光部分,且多为蓝光和绿光。植被指数RSI(R442,R659)(R2= 0.845)和小波特征 rbio3.1(WW476,S8)(R2= 0.882)在预测小麦叶片MDA和指示叶片衰老趋势表现最好。