小麦作为世界上广泛种植的粮食作物,其产量的高低影响世界的粮食安全。遥感技术是现代农业中监测土壤、植被等信息的重要手段,它不仅能快速、无损地获取田间农作物实时的生长状况,也可合理地指导水肥等田间管理措施,从而促使小麦高产优质。本文以冬小麦为研究对象,设置了不同的轮作施肥系统,如小麦-豌豆轮作系统和小麦连作施肥系统,并采用不同氮、磷化肥施用水平,运用高光谱遥感、生理生化参数的测试以及小波去噪分析等技术,分析了不同轮作种植系统以及不同轮作施肥系统冬小麦的冠层高光谱以及一阶导数光谱特征,同时结合植被指数和光谱特征参数,建立了冬小麦不同处理的氮素、叶绿素以及叶面积指数的相关性模型。主要研究结论如下:(1)不同轮作种植系统和不同肥料施用量使土壤肥力发生变化,也使小麦植株吸收的养分量有所不同。与小麦-豌豆轮作相比,小麦连作系统中的土壤碱解氮和有效磷含量较高,而有机质、全氮和全磷的含量较低,其碱解氮的含量为97.33mg/kg,增加了163.05%;而小麦-豌豆系统的碱解氮含量为75.56mg/kg,增加了104.21%。小麦连作和小麦-豌豆轮作系统使土壤有效磷分别增加了23.05 mg/kg和25.03mg/kg,有机质含量分别增加了40.38%和52.28%。肥料配合施用能够均衡的增加土壤养分并有利于小麦吸收养分,单施氮肥和单施磷肥能明显增加土壤中氮、磷的含量,同时也提高了冬小麦对氮、磷养分的吸收。(2)不同处理在不同生育期的土壤光谱曲线基本相同,均随波长的增加而增加,但不同处理的光谱反射率存在差异,尤其是轮作种植系统中的NPM和NP处理的光谱反射率较高,均达到0.45左右;在不同氮、磷施用水平下,随施肥量的增加,其光谱反射率有所增加,其中N180、N135和P180、P135处理的反射率最高达到0.45,其余均在0.4左右。(3)不同生育期冬小麦光谱反射率差异明显。500-600nm的光谱反射率随冬小麦的生长逐渐降低,光谱曲线也趋于平缓,而在680-760nm之间,所有处理的光谱曲线都出现急剧的上升,这一波段被称为“红边”。从一阶导数可以看出,小麦-豌豆轮作和小麦连作施肥种植系统的肥料配合施用及长期施氮处理随施氮量的增加,使红边向长波方向移动,也就是“红移”现象。在近红外波段,从返青、拔节、抽穗到灌浆期,反射率逐渐增大。(4)不同的轮作种植系统下冬小麦的氮素、叶绿素和叶面积指数各不相同。轮作种植和连作种植系统的肥料配合施用处理的小麦叶绿素、叶面积指数和各个养分含量均高于其他单施肥处理;而长期施氮处理随施氮量的增加,其冬叶面积、叶绿素以及氮含量均显著增加,但长期施用磷肥效果不明显。从整体上看,抽穗期的模型的检验精度最高,模型也最优,尤其是抽穗期的PC-BP模型表现最佳。进一步分析发现冬小麦氮素含量与不同氮水平处理的光谱反射率有较高的相关性,叶绿素与小麦连作系统的光谱反射率有较好的相关性,而叶面积指数则同小麦-豌豆轮作系统的光谱反射率有较高的相关性。(5)研究了比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)和归一化植被指数(NDVI)在不同的生育期反演冬小麦氮素、叶绿素和叶面积指数,发现其之间的决定系数非常高,尤其是NDVI植被指数,均达到0.9以上,在建模过程中优势更大。