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本文从控制灌溉土壤水分调控条件下水稻生理响应、生长响应及其补偿效应，叶片尺度的气孔和非气孔限制，叶片尺度的作物水分亏缺诊断方面进行了深入研究。基于修正气孔导度模型建立了气孔导度-蒸腾速率-光合速率的耦合模拟，探讨了叶片、群体和田间三个尺度的水分与光能利用效率及其尺度间差异。主要研究内容与研究结果如下：
1)随土壤水分降低，节水控制灌溉条件下水稻的各生理指标受到一定的抑制，光合速率、蒸腾速率、气孔导度的下降具有不同步性和不同幅性，复水之后均出现一定的反弹，且出现了一定的超补偿现象。适度水分亏缺条件下的气孔调节、叶绿素含量和叶片厚度增加的叶片生理生态适应是叶片水平水分、光能高效利用、叶片尺度生理反弹的重要原因。
2)气孔限制值L<,s>中包含了光合消耗的部分，单纯用L<,s>来反映水稻叶片气孔限制情况存在一定缺陷，非气孔限制指标C<,i>/P<,n>在反映叶片的非气孔限制方面优于C<,i>/g<,n>。土壤水分较低时，控制灌溉水稻的L<,s>增高、复水之后降低，非气孔限制没有增高，光合速率没有明显降低。
3)叶气温差联系着叶片尺度的水分与能量平衡，与叶片水分生理、光合生理关系密切，基于叶气温差可以实现水稻叶片尺度的水分亏缺诊断。控制灌溉水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期水稻保持较高叶片水分利用效率的叶气温差△T范围分别为-0.64℃～0.4℃、0.83℃～1.2℃、1.09℃～2.0℃和3.5℃～4.0℃。
4)土壤水分调控减少了水稻前期叶片面积和数目、植株高度和群体数量的冗余生长，后期出现一定的反弹。形成了窄而厚的叶片、大而强的根系和短而粗的基部茎杆，分别为生理生长补偿的产生、抗逆性的增强提供了物质基础。冠层尺度通过叶片倾角与分布的适应，获得了较高的冠层有效叶面积、上挺下披的合理冠层结构，改善了冠层的受光结构，并延长了冠寿命。后期较高的根系、冠层活力保证了干物质的生产，在前期储存干物质降低情况下，后期出现一定补偿生长，获得了更高的籽粒产量。
5)在水稻生育中期生长旺盛、株高快速增加、冠层叶面积指数和群体茎蘖量最高的阶段保持了较高的水分与光能利用效率。控制灌溉水稻叶片、群体以及田间尺度水分利用效率均有所提高，但不同尺度提高的幅度不同，经济产量水平的水分利用效率提高幅度最为明显，而叶片水平的水分利用效率提高幅度最小，原因在于棵间蒸发、深层渗漏和叶片奢侈蒸腾在节约水量中的比重不同。光能利用效率方面，叶片尺度F<,v>/F<,m>，互有高低，群体尺度冠层光截获的增加并没有带来光能利用效率的提高，截获光的利用效率反而降低，总体辐射的利用效率相当。
6)传统的Leuning-Ball气孔导度模型仅能对有限的田间观测数据给予解释，引入叶气温差项建立了改进Leuning-Ball气孔导度模型，能够更好的解释田间观测结果，并且改进气孔导度模拟模型能够更好地应用于气孔导度-光合速率-蒸腾速率的耦合模拟。