遥感技术具有快速、大范围连续动态监测的优势,已成为农田重金属胁迫最重要的监测手段之一。大多数研究侧重于重金属胁迫对作物生理要素或者生理功能单方面的影响,协同生理要素和生理功能的作物重金属胁迫监测研究是未来研究的发展趋势。本文研究区选择湖南省株洲市,采集了不同生长期水稻、土壤的重金属含量数据以及地面实测高光谱数据,并获取了2014-2017年水稻整个生长期内无云的Landsat 8 OLI影像,以及2017年水稻整个生长期内无云的Sentinel-2影像。协同作物生理要素变化和生理功能变化两个方面对水稻重金属胁迫进行研究,本文的研究工作和主要结论如下:(1)从生理要素角度,基于Sentinel-2的“红边”波段构建新型植被指数:重金属胁迫敏感指数(HMSSI)。对比HMSSI和已有指数在水稻不同生长期的重金属胁迫判别精度。同时,基于随机森林算法和多时相HMSSI影像,分别构建基于单一生长期(孕穗期、扬花期和成熟期)和基于整个生长期的水稻重金属监测模型并进行精度对比。结果表明相比于单一生长期影像,基于整个水稻生长期影像构建的评估模型具有更高的判别精度。(2)从生理功能角度,改进了光能利用率(LUE)模型中LUE的计算方法,评估了连续三年水稻生长期不同重金属胁迫水平下LUE的差异,并探究了LUE指数(结构不敏感指数(SIPI)和红绿比值指数(RGR))与LUE的关系。结果表明,LUE能够作为判别重度和轻度重金属胁迫水平的指标,SIPI和RGR与LUE具有显著的相关性。(3)协同生理要素和生理功能,基于HMSSI和LUE构建二维特征空间HMSSI_LUE监测区域尺度重金属胁迫。结果表明,HMSSI_LUE能够弥补LUE无法区分中度重金属胁迫的不足,提高重金属胁迫的判别精度。