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日光诱导叶绿素荧光（solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF）是植被光合作用过程中重要的光耗散途径,能够有效地指示光合状态,已经被广泛地应用于植被初级生产力（gross primary production,GPP）的估算。当前大部分基于SIF的GPP估算模型都存在明显局限性,通常在非胁迫自然光照条件下,基于经验统计关系和过程模型模拟,或仅考虑C3和C4植被功能型的差异,并假设光合作用的光反应和碳反应协调一致。然而众多研究发现即使同一植被类型SIF-GPP的耦合关系也会随环境条件变化而变化。当前基于SIF的GPP估算,没有考虑环境因素的潜在影响,尤其是在未来全球气候环境复杂多变的情况下,依赖经验线性关系会导致SIF估算GPP存在较大偏差。因此,环境因素带来的不确定性制约了不同时空尺度上SIF估算GPP的精度。基于长时序塔基和卫星观测数据,以环境因素（光照、温度、水分）为控制变量,分析不同植被类型或不同地理分区的SIF与GPP的环境响应差异,对于解析SIF与GPP关联的结构和生理机制,以及不同时空尺度下基于SIF的GPP遥感估算具有重要意义。本研究围绕环境因素对SIF和GPP耦合关系的影响这一涉及植物光合生理、冠层辐射传输以及生态等方面的科学问题,开展了实验观测和理论分析研究。本文主要研究内容以及结论如下:（1）建立了一套多尺度SIF和GPP耦合关系研究的实验数据集,在叶片尺度上开展了荧光动力学实验;在塔基尺度开展了长时序光谱观测;在卫星尺度开展了全球SIF和GPP遥感产品的收集和处理,为理论验证和模型构建提供强有力的支撑。（2）探究了冠层逃逸概率对SIF和GPP生理关联的影响,利用光谱不变理论和再碰撞概率模型分析了红光波段和远红光波段SIF逃逸概率模型的参数敏感性,结果表明将冠层方向性SIF降尺度到光系统水平能更好的研究SIF和GPP的生理关联机制。此外,不同波段SIF包含的结构和生理信息存在差异,因此仅靠单一波段SIF很难同时在结构和生理两方面共同追踪GPP的变化。（3）SIF和GPP对光照条件的响应存在差异,荧光量子产率（ΦF）对光合有效辐射（PAR）的响应较弱,而光能利用率（LUEp）随着PAR的增加而显著降低,因此LUEp/ΦF值会随着PAR的增加而降低。并建立了考虑光照条件的SIF估算GPP的模型,显著提高了基于冬小麦和夏玉米红光波段和远红光波段SIF的GPP估算精度（对于红光波段,R2提高了 0.05,RMSE降低了 0.5 umol CO2m-2 s-1;对于远红光波段,R2提高了 0.04,RMSE降低了 0.24 umol CO2m-2 s-1）。（4）低温条件同时抑制荧光和光合能力,冬小麦SIF和GPP对低温的响应存在差异。在越冬期间,低温导致LUEp大幅下降,688nm红光波段ΦF降幅其次,而760 nm远红光波段ΦF相对稳定。因此,红光波段SIF能更好的追踪低温条件下GPP的变化。在此基础上建立了考虑低温影响的SIF估算GPP的改进模型,提高了 GPP估算精度（对于红光波段,R2提高了 0.05,RMSE降低了 0.32 umol CO2m-2 s-1;对于远红光波段,R2提高了 0.12,RMSE降低了 0.71 umol CO2 m-2 s-1）。（5）SIF和GPP对水分胁迫的响应存在差异。在干旱条件下,LUEp和ΦF都存在明显的下降趋势,其中688 nm的荧光量子产率ΦF能更好的追踪LUEp对干旱胁迫的响应,而760 nmΦF对干旱胁迫的响应相对较弱。因此,基于远红光波段SIF的GPP估算模型需要考虑水分胁迫的影响,考虑水分胁迫影响的远红光波段SIF估算GPP精度得到了提高,R2从0.64提升到0.70,RMSE从4.80 umol CO2 m-2 s-1 减低到 4.03 umol CO2 m-2 s-1。本研究的主要创新性贡献包括:（1）当前SIF估算GPP研究往往忽视了光照条件等对SIF和GPP关系的影响,而且尚不明确不同植被功能类型不同波段SIF和GPP对光照条件的响应差异。基于叶片和冠层观测实验,论文定量评价了 SIF和GPP对PAR的响应规律,构建了考虑光照条件的SIF估算GPP的改进模型。（2）温度条件是植被生长发育极其重要的环境因子,而SIF和GPP的关系是否受到低温影响尚不清晰。论文结合冬小麦整个生长周期实验观测数据,分析了低温对冬小麦SIF和GPP关系的影响,发现低温同时抑制荧光和光合,但是LUEp下降幅度相对于ΦF更大,构建了耦合低温影响的SIF估算GPP的改进模型。（3）水分胁迫条件下光反应和碳反应会存在失匹配问题,由此对SIF和GPP耦合关系产生的影响尚不清晰,论文基于塔基实验观测数据,结合冠层导度模型以及作物水分胁迫指数（CWSI）等探究了水分胁迫对SIF和GPP关系的影响,发现水分胁迫对GPP的影响大于远红光波段SIF,通过考虑水分胁迫的影响改进了基于SIF的GPP估算。综上所述,论文建立了多尺度实验数据集,研究了光照、低温和水分胁迫对SIF和GPP关系的影响,构建了考虑环境因素影响的SIF估算GPP的改进模型,论文成果对改进基于SIF的GPP估算具有重要意义。