利用高光谱进行植被重金属含量反演,对植被生化监测、环境污染监测及植物找矿具有重要的意义,也是现今高光谱遥感研究的重点及难点。近年来,植被色素、氮含量等生化参量高光谱反演取得了较好的成果,而重金属对植物波谱作用机理不明,缺乏对重金属作用敏感的特征参数,制约了高光谱重金属反演的发展。此外,植被重金属作用下的生理生化响应特征是植被重金属定量反演基础环节,现阶段重金属反演模型缺乏此方面的探讨。为此,本研究以下庄铀矿区为例,分别在铀矿开采区、未开采矿区以及远离矿山的背景采集米槠、盐肤木、鹅掌楸、山乌桕四种优势植物及根系土壤,分析土壤-植物系统中As、Cu、Pb、Mn、Mo、Zn、Cd、Co、Ni及U共10种重金属的富集特征,并着重研究U对植被色素及波谱的影响,为反演物种的选择及参数提取提供依据。此外,探索地将集合经验模态分解方法(EEMD)应用于植被波谱特征参数的提取,共提取24个新波谱参数,并与16个传统参数进行对比分析。研究过程将样本随机分为实验样本和检验样本,结合相关性分析和散点图,分别利用传统参数及EEMD参数对植物叶部U含量进行回归分析以建立反演模型。根据决定系数(R方)、标准误差作等指标对两类模型进行评价及对比分析,并利用检验样本测试反演模型的执行性能力。取得研究成果如下:1. U和Pb是研究区土壤主要污染因子。与中国土壤背景值相比,研究区土壤广泛表现为较强的U和Pb正异常,异常中心位于矿区。除Pb以外的其他重金属与U具有显著的正相关,在U异常中心也表现出了不同程度的正异常。粮食生产应注意防范U及Pb的污染,且避免在矿区中心种植粮食作物。2. 米槠、鹅掌楸和山乌桕对重金属富集作用较强。与正常值相比,采集的四种植物都表现为较强的U正异常,且具有不同程度的Mn和Co异常,U异常中心与土壤中心相对应。此外,山乌桕、鹅掌楸和米槠能富集高于土壤含量的Cd、Mn和Cu,且山乌桕和鹅掌楸对Co具有较为显著富集作用,这三种植物对矿区土壤重金属污染修复具有积极的意义。3. 四种植物呈现出较强的耐受U毒性特征,不同植物对U胁迫表现出不同的生化和波谱响应。盐肤木对重金属主要表现为抑制作用,但同时对叶片U的富集具有较为敏感的色素和波谱响应。鹅掌楸和山乌桕对重金属的富集能力较强,鹅掌楸对U胁迫的生化和波谱响应较差,山乌桕对U胁迫的生化响应较强,但波谱响应较差。米槠对U具有很强的适应性,在富集较大含量U的情况能保持健康的色素和波谱特征。U作用下,米槠和盐肤木具有较强的色素和波谱响应,可作为U含量植被遥感监测的优势物种。4. 基于EEMD分解植物波谱特征参数提取是有效的参数提取方法。与传统波谱参数相比,基于EEMD参数与叶片U含量具有更高的相关性,且所建立的叶片U含量反演模型不仅对测试样本具有更好的拟合效果,对检验样本也具有更好的预测效果。