随着日光诱导叶绿素荧光（SIF）遥感的兴起,SIF被广泛应用到植被生产力估算、环境胁迫监测、生态系统碳汇估算和生态系统模型参数模拟等方面的研究中,相比传统的植被指数具有一定的优势。叶绿素荧光与植被光合作用过程密切相关,被认为是光合作用研究的无损探针。越来越多的研究发现SIF与总初级生产力（GPP）在站点尺度、区域尺度下在统计学上为线性相关关系,但是受到物种差异和环境胁迫等因素的影响。目前随着全球环境变化,干旱事件频发,严重影响农业生产。因此本文以水稻（Oryza sativa L.）和玉米（Zea mays L.）两种典型的粮食作物为研究对象,进行野外控制实验并建立近地面SIF和GPP观测站点,分别在光系统Ⅱ（PSⅡ）、叶片以及冠层尺度上测量叶绿素荧光和光合作用参数,探究作物叶绿素荧光与光合作用的多尺度关联机制及其对水分的响应。主要研究结论如下:在PSⅡ水平,分析了土壤水分胁迫对水稻（C3）和玉米（C4）两种作物光合能量分配机制的影响。结果表明两种作物在应对土壤水分胁迫发生时有不同的调节机制。土壤水分胁迫导致水稻和玉米的光化学效率（Φp）显著降低,但是原因不同。根据竞争模型水稻与能量有关的热耗散效率（Φn）增加从而导致Φp降低,而玉米荧光效率（Φf）和基础热耗散效率（Φd）受土壤水分胁迫影响显著增加。玉米和水稻叶绿素荧光和光合作用在PSⅡ尺度上的关系（Φp-Φf）为线性正相关,且线性拟合的斜率不受土壤干旱和饱和水汽压差（VPD）的影响。两种作物的Φp/Φf均主要受到Φp和Φn的调控,而玉米的Φp/Φf在胁迫时受到土壤水分含量的影响更大。在叶片尺度上,两种作物的总光合速率（Ag）和叶片光能利用率(LUEleaf)受到土壤水分胁迫影响显著降低。玉米SIF对土壤干旱的响应在红色波段(SIF685)显著,且玉米叶片SIF产量（SIFy）受到干旱在红波(SIF685y)和红外波段(SIF740y)均有显著变化,然而水稻SIF和SIFy均不受土壤干旱的影响。Ag和叶片SIF在水稻中线性关系比在玉米中更强,水稻为正相关,玉米为负相关。在两种作物叶片LUEleaf-SIFy为正线性相关,土壤水分胁迫改变了玉米二者之间的关系。本文还分析了叶片生理和环境因子对叶片尺度叶绿素荧光和光合作用的影响,结果表明叶片叶绿素荧光和光合作用与叶绿素含量（chlab）、叶片氮含量（leafN）、吸收的光合有效辐射（APAR）、最大羧化速率（Vcmax）、最大电子传输速率（Jmax）、VPD等因子存在线性相关的关系。在较高VPD的情况下,LUEleaf和SIFy变化幅度较小且值更低。在冠层尺度,本文发现了SIF-GPP之间的正线性相关关系。而且VPD与GPP、SIF和APAR之间均为微弱的线性关系,但是GPP/SIF、LUE、SIFycanopy和VPD之间的线性关系不显著。冠层LUE、SIFycanopy均和APAR之间有很好的线性关系,LUE和SIFycanopy之间是正线性相关。VPD不改变GPP-SIF、LUE-SIFy的线性关系。本文利用结构方程模型分析了环境因素、生理因素和冠层结构因素对GPP/SIF的影响。总体上,GPP/SIF受到leafN、APAR和气孔导度（gsw）的直接调控。VPD在限制冠层GPP/SIF比值方面起到了重要的作用,VPD在整个生长季中通过间接影响gsw、APAR和leafN进而影响GPP/SIF。本文以水稻和玉米作为研究对象,基于野外实验监测作物叶片叶绿素荧光与光合作用参数的季节变化,分析了光系统尺度、叶片尺度以及冠层尺度水分对水稻和玉米叶绿素荧光和光合作用及其关系的影响,为研究区域和卫星尺度SIF与GPP的关联机制以及基于SIF的水分研究提供理论支撑。