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以北京市大兴区永定河沿河沙地杨树(Populus euramericana) 城市防护林为对象,运用涡度相关(Eddy covariance,EC)开路系统、常规微气象观测系统以及液流方法,并结合生物量调查法,连续测定(2006 年-2012 年)该生态系统与大气间碳、水和能量交换,分析其不同时间尺度(瞬时、日、月、年)生态系统碳水通量的变化规律及其影响因素,旨在揭示城郊防护林碳固定和水分消耗的生理生态学机理,为其经营管理提供理论依据.研究结果表明：无论是否受到水分胁迫和人为扰动的影响,该杨树人工林生态系统均为碳汇,总生态系统生产力(GEP)和生态系统蒸发散(ET)都显示出较为显著的相关性.杨树人工林生态系统水分利用效率(WUE)日变化呈现双峰型变化趋势,即早晚达到极值,白天WUE 较低；日尺度生态系统WUE 虽然波动显著,但未显示出较为显著的季节变化趋势.较小时间尺度下(日变化),当未受到人为干扰时,影响WUE 变化的主要因子为气象因子而非土壤因子；季节变化尺度,WUE 主要受到气象、土壤水分和降雨的影响；WUE 年际变化主要与植被自身的生理生态特征有关,与环境因子相关性较小.在对不同土壤水分条件下WUE 对环境因子的响应研究中发现,当相对土壤含水量(REW)＜0.1 时,GEP 和ET 受到严重水分胁迫的影响维持在较低水平,环境因子对GEP、ET 和WUE 的影响较小；当0.1＜REW＜0.4 时,GEP 和ET 随着土壤体积含水量(VWC)的增加而增大,WUE 随VWC 的增大而减小；REW＞0.4 时,气象因子是影响碳固定和水分损耗的主要原因,由于ET 对气象因子变化的响应较GEP 更为敏感,因此,WUE 随空气饱和水汽压差(VPD)的增大而减小.沙地土壤保水能力较差,不能保证土壤水分被植物有效利用,因此当VWC 处于5.2％-8.8％ (0.1＜REW＜0.4)范围时,碳固定与水分消耗达到最高效率.此外,当该城郊杨树林人工生态系统受到人为砍伐干扰时,人为干扰弱化了环境因子对生态系统碳水通量及其关系的影响,WUE 与各环境因子相关性不显著.