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生态系统光合和呼吸通量同位素组成(δ13C)的差异性为实现生态系统净碳交换通量(NEE)的光合和呼吸通量拆分奠定了理论基础。基于同位素质量守恒方程，同位素通量拆分(isotopic flux partitioning，IFP)理论可将NEE拆分为净光合通量(FA)和非叶片呼吸通量(FNR)。该理论需要计算isoflux项，故称为isoflux-based IFP。结合稳定同位素红外光谱(IRIS)技术与涡度协方差(EC)技术，isoflux-based IFP可以实现小时尺度和日尺度的光合和呼吸通量拆分，避免EC技术通常采用的温度/光照响应函数等统计拆分方法存在的自相关及高估白天呼吸通量等问题。生态系统非叶片呼吸δ13C(δNR)和冠层尺度光合判别(13△canopy)是isoflux-based IFP计算体系中两个关键参数。δNR各种估算模型的使用以及13△canopy估算中扩散分馏的简化和呼吸分馏的忽略直接影响了拆分结果的大小和不确定性。 本研究以中国生态系统研究网络(CERN)和中国通量观测联盟(ChinaFLUX)千烟洲中亚热带人工林生态系统为研究对象，利用基于IRIS技术的生态系统大气CO2和δ13C廓线观测以及基于EC技术的生态系统CO2通量观测，系统开展2015年1月14日至2017年12月31日生态系统光合和呼吸通量的同位素拆分方法评价及应用研究。目标包括:(1)基于2015年(DOY14-365)生态系统近地面CO2及其δ13C连续观测数据，系统评价Keeling曲线(KP)、Miller-Tans曲线(MT)、同位素通量比值(FR)三种模型分别采用普通最小二乘法(OLS)、几何平均回归法(GMR)、最小二乘等分回归法(LSB)、正交距离回归法(ODR)四种回归方法进行拟合时估算δNR的差异性和不确定性;(2)基于2015年高温干旱(PeriodⅠ:DOY205-219，2015)和低温湿润(PeriodⅡ:DOY285-299，2015)两个研究期，系统评价仅考虑叶片羧化分馏(13△b)和气孔扩散分馏(13△gc)的△simple模型、△simple模型基础上增加边界层(13△gb)和叶肉细胞壁(13△gm)扩散分馏的△diffusion模型、△diffusion模型基础上进一步考虑光呼吸分馏(13△f)和暗呼吸分馏(13△e)的△classical模型估算13△canopy的差异性及其对isoflux-based IFP计算结果的影响;(3)系统评价2015-2017年该生态系统季节尺度和集合昼夜尺度的光合和呼吸通量变异特征，并与EC统计拆分方法的结果进行比较。主要研究结果包括以下三个方面: (1)同KP模型结果相比，除OLS回归方法外GMR、LSB和ODR三种回归方法下MT和FR模型结果均偏正，仅OLS回归方法下KP、MT和FR三种模型不存在显著差异。随着CO2跨度(KP和MT)和d13CO2/dz(FR)的降低各种模型和回归方法组合的估算偏差和不确定性均增大。数学推导表明这种偏差的增大可由模型拟合变量之间相关系数r值在低CO2跨度和低d13CO2/dz下的降低所解释。高斯噪声模拟表明不同模型估算结果的不确定主要来源于δ13C观测误差，而非CO2观测误差。确定低CO2跨度和d13CO2/dz阈值是保证不同模型计算精度的有效途径。 (2)两个研究期内△classical与△diffusion估算的13△canopy偏差较小，而△classical与△simple估算的偏差均值可达2.88±2.34‰(PeriodⅠ)和2.16±2.18‰(PeriodⅡ)。13△canopy中各分馏项大小表现为13△gm＞13△gc＞13△f＞1‰，而13△gb和13△e＜1‰。采用△classical和△diffusion估算13△canopy时isoflux-based IFP通量组分之间存在较小差异，而采用△simple时两个研究期内FA被高估2.02(PeriodⅠ)和2.17倍(PeriodⅡ)。采用△classical和△diffusion时PeriodⅠ估算的FNR中午时段低于夜间，而EC统计拆分方法没有捕捉到这种白天呼吸通量的降低，这可能与Kok效应和季节性干旱有关。敏感性分析表明FA对叶肉导度(gm)最为敏感，其次依次为气孔导度(gc)和13△f，边界层导度(gb)对FA的影响最小。gm和gc在±50％范围变化时造成FA＞15％的变化，而13△f和13△e变化对FA的影响＜5％。 (3)基于isoflux-based IFP理论实现2015-2017年中亚热带人工针叶林FA和FNR的拆分计算。采用△classical估算13△canopy时isoflux-based IFP季节尺度和集合昼夜尺度均具有良好地拆分效果，特别是生长旺季拆分结果更优。季节尺度isoflux-based IFP获得的FA在5-10月份低于EC统计拆分方法的结果。isoflux-based IFP获得的FNR则具有更高地季节变异性，冬季呈现出增大的趋势，而在生长旺季略低于统计拆分结果。集合昼夜尺度中生长旺季前期(6-7月)和后期(8-9月)isoflux-based IFP结果均存在白天呼吸通量降低的特征，且生长旺季前期更为显著。与EC统计拆分方法相比，isoflux-based IFP获得的FNR具有更高的季节和昼夜变异性，这可能更符合自然条件下生态系统呼吸通量的变异特征。