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涡度相关技术在生态系统碳水通量的观测和研究方面在全球得到了广泛的使用，为了克服该技术的一些限制和不足，近年来开始将稳定性同位素技术与EC技术结合起来用于碳水循环机理等方面的深入研究。在植物光合作用过程中，存在较强的同位素分馏效应，结果导致合成的碳水化合物中的13C贫化，并使叶片周围空气CO2浓度降低并使13C得到富集。但是，生态系统呼吸作用过程中则相反，一般没有或有非常微弱的同位素分馏效应，从而会导致空气中CO2浓度升高并使13C贫化。利用这两种生态过程中截然相反的同位素效应可以用来分离和量化两者在生态系统净碳交换(NEE)中的大小。
在研究生态系统碳水交换的控制机理的过程中，需要采集不同的气体、水汽、植物及土壤水分等样品用于稳定性同位素分析。本研究在开展广泛调研的基础上，根据研究的实际需要，分别独立研制了相对便宜的高性能的空气样品采集系统、大气中水汽收集系统以及植物和土壤中水分的真空抽提系统。此外，还研制出一个专门用于分析少量空气(10ml)CO2样品的d13C在线式进样系统，精度可以达到d13C=0.053‰，d18O=0.110‰。
分别在2005年7月16日及2004年8月3日、6日利用自制的气体采样系统对千烟洲站区内的马尾松—湿地松人工林和长白山的阔叶红松林的空气进行了分层采样，并同时利用CO2红外分析仪测定其CO2浓度，空气样品在运回实验室后用质谱仪测定其13C比率。结果发现千烟洲人工林和长白山阔叶红松林空气CO2的d13C值分别在-9～11‰和-9～12‰之间波动，并且CO2浓度与13C比率之间均存在明显的线性关系，利用Keeling图技术确定的生态系统呼吸的同位素特征分别为-26.8‰和-23.6‰，均比表层土壤有机质的同位素d13C值略大。生态系统的同位素通量具有典型的日动态变化特征，最大值约分别可以达到350μmolm-2s-1‰和400μmolm-2s-1‰。在确定了光合和呼吸通量的同位素特征后，并结合涡度相关观测的NEE，可以对NEE中的光合和呼吸通量组分的区分，结果发现在利用同位素确定的生态系统白天的呼吸通量占各自GPP的比率分别为41％和36％，均比比使用夜间温度回归外推法(分别为35.5％和17.1％)和光合有效辐射回归法确定的呼吸通量要大一些(分别为28％和13.5％)。因此，利用稳定性同位素技术，可以对涡度相关观测的NEE中的光合和呼吸通量进行区分，并且所确定的通量值均比常规方法确定的数值要大。
为深入了解阔叶红松林生态系统碳源汇功能及其对环境因子的响应规律，在2006年7月分别采集了主要乔木叶片和土壤样品进行稳定性同位素测定，发现主要乔木叶片的d13CL值在-26～-30‰之间变动，而土壤有机质的d13CSOM值随土壤深度增加从-27‰增加到-23‰。同时，在1-9月份利用自制的采样装置对长白山红松林冠层空气进行了分层采样，结果发现空气CO2的d13C在-9.6～8.2‰之间变动。而利用同步测定的CO2浓度与d13Ca之间有显著的相关关系，同时利用d13Ca与CO2浓度的倒数建立的线性关系所确定的生态系统呼吸的同位素特征(d13CR)与乔木叶片的d13CL比较接近，全年在-26‰～-29.46‰之间变动。通过对d13CR与利用微气象观测的主要环境因子进行回归分析，发现空气温度、土壤温度、VPD和PAR均与d13CR有显著的相关性，在进行滑动回归后发现这些因子对d13CR影响的时间有很大差异。因此，通过研究生态系统的同位素特征可以明确环境因子的改变对碳吸收能力的影响过程。
通过本研究工作的开展，利用稳定性同位素技术不仅可以用来克服涡度相关观测和研究生态系统碳通量过程的不足，同时同位素技术也能够使我们在探索生态系统功能与环境因子之间的关系方面的研究能够更进一步。