水是植物体内最多的物质,也是最重要的、无法替代的物质,对生命活动起着至关重要的作用。植物的生长发育对于水分含量有特定要求,过多和不足都会影响植物的正常生理生化过程。太赫兹光谱的水敏感性和低辐射性使其成为植物水含量检测的有利工具,进而有望应用于植物健康状态的检测分析。但现有的太赫兹光谱分析手段中缺乏定量的水状态空间异质性研究,且在在植物自由水、结合水含量分析领域处于空白,限制了太赫兹光谱技术在植物生理状态分析领域的应用。为解决以上问题,本文将有效介质理论引入叶片水含量分析方法中,将植物叶片简化为水和气体物质组成的二元混合介质,利用多种有效介质模型建立了叶片太赫兹光谱特征参数与水含量之间的映射关系。最终选用线性吸收模型结合太赫兹光谱成像技术建立了叶片水含量定量分析方案,该方案与标准方案所得结果的相关性约为0.94。进而与扫描成像技术相结合,绘制叶片水含量定量分布图,实现了对叶片水含量空间异质性的可视化分析。叶片中的水分又可以细分为自由水和结合水两种不同的存在状态,二者的含量和比例也与植物的健康状况息息相关。因而为分析植物生理状态,有必要进一步实现自由水和结合水含量的分别定量测量。由于结合水是与其他固体物质相结合的水分子,无法在自然条件下单独存在。这里我们先通过饱和糖溶液间接获取结合水的光学特性,并以此作为输入项,建立叶片自由水、结合水和干物质的含量关系式,通过有效粒子群算法反演三者的数值,实现自由水与结合水含量的定量检测。同时用传统的阿贝折射法验证了太赫兹光谱所得结果的正确性。多种结构叶片的分析结果也进一步证实了本文所述方法的物种间通用性。同时实验指出了叶片脱水过程中的自由水和结合水含量拐点与扦插成活率相关,表明太赫兹技术有望反映结合水、自由水比例与植株活性之间的内在联系。在此基础上,本文以低温胁迫这一典型非生物胁迫为例,利用太赫兹光谱对叶片的生理状态进行检测分析。结果显示,冷胁迫后叶片的吸收系数呈下降趋势,而冻胁迫后叶片的系数呈现了反常的上升趋势。基于太赫兹光谱的水状态分析表明,冻胁迫后反常的光谱响应来源于叶片水分体积比和自由水体积比的异常上升,这一结果也通过传统方法得到了验证。更多的生理数据分析表明冷胁迫和冻胁迫带来的太赫兹光谱响应差异来自于叶片水环境变化和细胞损伤。这些分析佐证了叶片相对吸收系数作为评价植物低温胁迫指标的合理性和科学性。而该指标的响应时间早于叶片的形貌变化,有望用于初期的低温损伤预警。本文提出的基于有效介质理论的太赫兹光谱分析方案,能有效地适用于多种类植物叶片的水含量分析,直观可视化地显示植物水含量的空间分布状态,并提供叶片自由水、结合水含量的定量结果。作为太赫兹光谱数据解析手段,挖掘了光谱特性与植物水状态间的深度联系,扩展了太赫兹光谱的解析范围,使其提供更多的植物水状态信息,为太赫兹光谱技术在植物生理状态分析提供技术支持。