叶片是水稻重要的源器官,也是响应环境胁迫的重要指示器,基于高光谱遥感技术进行水稻冠层叶片Cd污染胁迫无损探测,直接诊断水稻植株受Cd胁迫的程度和间接估测水稻成熟后籽粒Cd污染状况,对提升监测作物Cd污染水平和保障粮食安全生产具有重要意义。本研究以水稻为对象,基于不同Cd胁迫水平和叶面喷施处理的盆栽试验,于关键生育期获取叶片反射光谱信息和相应生物学指标,分析不同Cd胁迫下水稻生理生化及光谱响应,确定Cd敏感波段和光谱特征参数,建立可靠的Cd污染水稻监测模型。（1）研究了叶面喷施下水稻不同器官Cd含量及迁移规律,结果表明,Cd胁迫处理不仅影响水稻不同叶位的Cd含量,还不同程度地改变了根、茎、叶、穗轴及稻壳向糙米转运Cd的能力。而叶面喷施处理在土壤Cd含量为1.8 mg·kg-1和8.4 mg·kg-1下能显著降低糙米Cd含量,同时对叶和稻壳向糙米转运Cd的影响最大。拔节期水稻冠层叶片Cd含量与糙米Cd含量相关性最高,而拔节期时,水稻顶2叶对冠层叶片Cd含量的影响最大。（2）研究了Cd胁迫下水稻的生理生化及其光谱响应,结果表明,Cd胁迫处理下,水稻表现为生物量和叶片SPAD值减少、MDA（丙二醛）含量增加、POD（过氧化物歧化酶）和SOD（超氧化物歧化酶）活性升高,同时,水稻反射光谱在绿峰（530-580 nm）和近红外平台（750-850 nm）范围内出现上升趋势;而叶面喷施处理显著改变了Cd胁迫对上述生理生化参数的抑制作用,同时降低了水稻在绿峰（530-580 nm）和近红外平台（750-850 nm）的光谱反射率。（3）研究了基于反射光谱监测水稻冠层叶片Cd含量,结果表明,基于一阶导数光谱构建的监测模型比基于原始光谱的效果好,利用归一化光谱指数（NDSI）、比值光谱指数（RSI）和差值光谱指数（DSI）构建的波段组合中,顶1叶的最佳监测波段组合为761和772 nm,顶2叶的最佳监测波段组合为811和799 nm,顶3叶的最佳监测波段组合为881和507 nm,顶4叶的最佳监测波段组合为890和870 nm,冠层叶片的最佳监测波段组合为710和529 nm。对比单叶和冠层尺度上的建模与验证精度,单叶尺度的效果优于冠层尺度,其中,顶2叶Cd含量的预测和验证精度最高,R~2均为0.658。综上,水稻顶2叶与冠层叶片Cd含量极显著相关,基于顶2叶反射光谱的Cd含量定量模型的预测和校验效果最好,为Cd胁迫水稻的监测预警提供技术支撑。