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黄土高原南部塬区属暖温带半湿润大陆性季风气候区,是黄土高原重要的旱作农业区。近三十年来,气候变化和农业生产结构的调整对区域干湿条件、碳收支状况及水循环过程造成显著影响。本文在田间观测的基础上,分析深剖面土壤水热要素的时空动态,探讨水-碳通量的变化特征及其耦合关系,评估气候变化对该区域冬小麦产量的影响,取得如下结果:(1)苜蓿草地(>7年)、休闲地、高产农田和低产农田平均土壤含水量分别为15.1±0.5%、22.0±0.4%、19.6±0.5%和21.1±0.4%(0~15 m、年度平均值);干湿交替层季节性失水和蓄水分别出现在3~6月和7~10月,其深度范围分别为0~2 m、0~4.6 m、0~3 m和0~4.2 m。深层土壤水分具有较好的时间稳定性,其垂直分布受土地利用方式的影响,剖面土壤含水量最稳定土层分别为9.8 m、5.4 m、8 m和5.6 m,该层土壤水分接近剖面平均水平。观测年份内苜蓿耗水量呈逐年增加趋势,造成深层土壤的干燥化程度加大,2~10 m土层形成稳定土壤干层,阻断了降水补给地下水的途径;高产农田在冬小麦和春玉米季均出现土壤水分负平衡。四种土地利用方式浅层土壤温度呈现出明显的季节特征,8 m以下土层土壤温度季节和年际间的变化十分微弱。(2)针对不同土地利用方式,通过箱式法从地块尺度上分析了2013~2014年不同生态系统碳通量的时间动态特征,苜蓿草地、高产麦田、低产麦田、高产玉米、低产玉米WUEe分别为3.08、1.74、1.25、1.78和0.88 g C kg-1H2O,苜蓿为较强的碳汇,小麦和玉米表现为较弱碳汇,休闲地则一直为碳源;光合有效辐射(PAR)、气温(Ta)、土壤温度(Ts)和饱和水汽压差(VPD)是影响碳通量的主要因素,不同年份其贡献值有所不同。(3)基于涡度相关研究,麦田生态系统和农田-果园复合生态系统蒸散(ET)、碳通量(GPP)的变化与作物生长和物候关系密切,二者在年内和年际间均表现出较强的正相关关系,生态系统水分利用效率(WUEe)年均值分别为1.84和1.77 g C kg-1 H2O;麦田生态系统碳通量低于复合生态系统,仅对麦田尺度的观测可能对区域碳汇状况造成低估。PAR和VPD是影响水碳通量的主要因素,WUEe随二者增大而出现减小趋势。(4)1957~2013年间冬小麦产量总体表现为波动上升,但其气象产量呈下降趋势,速率为-76.3 kg ha-1 10a-1。气象要素在产量下降中的贡献占12.3%,气温的升高是导致冬小麦气象产量降低的主要因素,降水的减少亦对产量有一定的负面影响。