本文以无土栽培技术培育了不同水分、不同氮素条件下纯正的水稻样本，通过高性能光谱仪获取光谱信息。分别在冠层、叶片二个水平下，分析了水稻叶片的水分含量和氮素含量与光谱反射率的关系，建立水稻水分含量和氮素含量的估算模型，并对水稻水分和氮素含量进行反演，以得到更为方便、有效准确的水稻水分含量和氮素含量的诊断方法。具体研究内容和结果如下： 不同氮素胁迫下，水稻叶片的水分含量与光谱反射率在近红外波段，随叶片水分含量的增加而升高。选取水稻叶片水分含量的敏感波段，在水稻不同生育期作比值植被指数分析。研究表明：在抽穗期，冠层光谱指数R970/R740与水稻叶片含水率的相关性较好，叶片光谱指数R1400/R720与水稻叶片含水率的相关性较好。因此在基于冠层和叶片光谱指数的基础上，分别建立预测水稻叶片水分含量的估算模型。 不同水分胁迫下，水稻叶片的氮含量与光谱反射率在可见光范围内，随叶片氮含量的增加而降低，在近红外波段随氮含量的增加而升高。选取水稻叶片氮含量的敏感波段，在水稻不同生育期作比值植被指数分析，研究表明：在乳熟期，冠层光谱指数R940/R560与水稻叶片的氮含量相关性较好，叶片光谱指数R780/R640与水稻叶片的氮含量相关性较好，因此在基于冠层和叶片光谱指数的基础上，分别建立预测水稻叶片氮含量的估算模型。 比较了水稻的冠层光谱和叶片光谱：光谱反射率在560nm处，形成一个小的反射峰，冠层光谱反射率最高点大约在0.1左右，叶片光谱反射率最高点大约在0.2左右；在700nm左右反射率突然上升成为高反射平台，冠层光谱反射率一般在30％-40％，叶片光谱反射率一般在50％-60％。比较冠层光谱指数与叶片光谱指数的相关系数和相对误差率，叶片含水率、叶片氮含量与冠层光谱指数的相关性，均好于与叶片光谱指数的相关性；叶片含水率、叶片氮含量与冠层光谱指数的相对误差率，均小于与叶片光谱指数的相对误差率。 本研究系统地分析了水分和氮素交互作用下水稻的光谱信息，为及时准确地监测诊断出作物水肥状况，提高作物的水肥管理水平和利用效率具有重要意义。