淮河流域作为我国重要的粮食产区其气候变化备受关注。农田与大气间的地气交换是陆地生态系统与大气间水热碳循环重要组成部分，研究淮河流域稻麦轮作农田生态系统水分、能量、二氧化碳(CO2)通量的时空变化特征及其环境响应机制，对气候变化影响农业生产的综合评估体系和CO2的减排策略具有重要意义。本研究以中国国家气象局淮河流域典型农业区的寿县稻麦轮作农田通量站为试验平台，以涡度相关技术为主要研究技术手段，基于2007年7月～2010年7月期间涡度相关湍流通量观测系统采集的数据，研究了湍流及湍流通量的统计特征，详细分析了地表能量平衡状况，估算了淮河流域寿县稻麦轮作农田生态系统的碳收支状况，并探寻了该生态系统的CO2通量不同时间尺度上的变化特征及其环境调控机制。论文主要研究工作和结果包括:　　(1)为确保通量数据质量，对观测数据进行了一系列的校正和计算（包括野点剔除、密度效应校正和坐标旋转校正等）。然后对校正后的数据进行功率谱和协谱等质量综合评价表明淮河流域寿县稻麦轮作农田下垫面的湍流特征条件基本满足莫宁奥布霍夫相似理论适用条件，最后根据研究需求分别采用线性插值、平均日变化插值以及半经验方法进行数据插补。　　(2)地表能量平衡分析表明潜热（LE）为水稻田和小麦地表有效能量最主要的消耗者，分别占有效能量的77％和89％。冬小麦生长季的土壤热通量(G)总累积值小于零，而水稻生长季的G总累积值大于零。整个生育期中，LE/Rn与H/Rn季节变化规律几乎相反。与夏水稻生长季相比，冬小麦生长季的LE/Rn值相对较小，H/Rn相对较大。这也导致三年中小麦生长季的波文比(β)平均值(0.27～0.33)大于夏水稻生长季中β平均值(0.11～0.13)。稻麦轮作农田生态系统中的能量分配比率的差异主要受农作物物候和降水量等气象要素的影响。冬小麦和夏水稻整个生育期的能量闭合率分别是81％和79％。播种苗期的能量闭合率最低，随着小麦和水稻的生长，能量闭合率有逐渐上升的趋势，在乳熟期达到极高值。稻麦之间能量闭合程度的差异主要来自于农作物冠层储存量和土壤水层热储存量的不同。　　(3)CO2通量在日尺度上，水稻季净生态系统碳交换量NEE值(-3.96g Cm-2)大于小麦季节季的数值(-2.35g Cm-2)，而在季节尺度上，NEE总体上呈现“U”型季节变化趋势，初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Reco)总体上呈现倒“U”的季节变化趋势，冬小麦生长季中GPP和Reco以及NEE分别占全年相应总量的56％，54％和56％，夏水稻生长季中的GPP，Reco以及NEE分别占全年相应总量的45％，46％和44％。即冬小麦相比夏水稻能够吸收更多CO2，主要原因是小麦的平均生长季为219天，而水稻的平均生长季只有109天，这表明冬小麦农田生态系统具有较强的碳汇潜力。当考虑收获后农作物籽粒中的含碳量后，小麦农田生态系统由强碳汇降低为中等强度碳汇（251～334g Cm-2）水稻生态系统由强碳汇转变为弱碳汇（107-132g Cm-2），若考虑到水稻田CH4排放量（100g Cm-2），水稻田基本处于碳收支平衡状态。因此小麦地的固碳减排能力强于水稻田。　　(4)两种农作物CO2通量与气象要素的关系中，两种农作物的Reco季节尺度上主要控制因子是T5和SWC，其中Reco与地下5cm土壤温度(T5)呈现出指数相关性最好。NEE、GPP对光合有效辐射(PAR)的响应符合非矩形光响应方程，GPP在小麦季中晴天下的累计值小于阴天下的累积值，水稻季GPP是晴天下数值大于阴天下的数值。Reco其对T5的响应、NEE和GPP对PAR的响应均表现出与作物物候密切相关的特点。小麦拔节期至孕穗期期间，NEE、Reco和GPP的变化幅度与降雨强度基本成正比。在小于5mm的降水强度中，NEE、Reco和GPP一般在雨后1～3天内达到极值;大于10mm的降水对NEE、Reco和GPP的增减幅度的影响是最大的，三者基本在雨后4～6天内出现“脉冲式”增长响应。强降水事件使土壤含水量过高，导致雨后2天内的日Reco值明显低于雨前水平。在年际尺度上，降水量和PAR的变化是调节生态系统年际碳通量大小的的主要因子。