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农作物受重金属胁迫后,其生理生化参数会发生变化,并引作物能量吸收、释放和辐射的改变。针对重金属胁迫的隐蔽性和稳定性,以往监测方法主要从光谱信息增强的角度提取作物外观和叶片结构变化特征,或从时间序列分析的角度分析生物量的变化规律,但很少从能量平衡的角度分析重金属胁迫对水稻生理功能的影响。本文针对镉胁迫的累积性、隐蔽性和稳定性,结合水稻成熟期镉胁迫下作物生理功能与生理要素相互作用的生理参数,识别不同胁迫水平。本研究从重金属胁迫影响机理入手分析验证田间尺度下镉胁迫对水稻生理功能的影响。以高光谱可见光反射率和植被吸收光合有效辐射比例(Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation,FAPAR)为敏感参数从能量吸收的角度分析镉胁迫对水稻光合作用的影响,结果发现镉胁迫会抑制水稻光能吸收,导致其反射率增强且FAPAR减弱。以冠气温差为敏感参数从能量辐射的角度分析镉胁迫对水稻蒸腾作用的影响,结果发现镉胁迫会影响水稻冠层能量的释放,导致冠层辐射能量增强。为实现水稻镉胁迫大面积监测,本研究基于Landsat-8遥感影像数据、实测数据和环境数据反演水稻生理功能敏感参数。以可见光反照率和FAPAR探索和分析镉胁迫对水稻光能吸收的影响,结果发现镉胁迫会影响水稻光能吸收,且与FAPAR能很好识别轻度镉胁迫。基于能量平衡模型反演水稻蒸腾作用敏感参数和潜热通量(latent heat flux,LE),结果发现镉胁迫会抑制水稻蒸腾速率,且与LE能很好识别重度镉胁迫。水稻能量吸收、释放和辐射敏感参数只能区分两种不同胁迫水平,为提高识别胁迫精度,本文引入特征协同方法,通过协同可见光反照率、FAPAR、和LE参数的优势构建-LE特征空间和生理功能敏感指数Pf。结果显示-LE特征空间对水稻不同胁迫(轻/中/重度胁迫)的区分准确度分别为99%、88%、85%,Pf的区分准确度分别为72.84%、78.95%、90.42%。根据大面积反演结果发现重度镉污染区域主要分布在湘江附近,随着离湘江距离变大,水稻由重度镉污染渐变为轻度镉污染。