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草地碳水收支是陆地碳水循环的重要分量，也是全球变化研究关注的焦点之一，不仅影响气候变化预测及其影响评估的准确性，也直接关系到国家环境外交。本研究以科尔沁草甸草地为研究对象，利用涡动相关技术对该生态系统碳水通量进行观测，分析了碳水通量日、季节、年际变化特征并探讨了碳水通量与环境因子之间的关系。同时利用土壤—植物—大气连续体分析方法，构建了草甸草地生态系统碳水通量机理模型，以大气和土壤环境要素的自动观测为模型的环境输入条件，进行草甸草地生态系统碳水通量的动态模拟，利用同步观测的生态系统尺度的涡动相关通量数据及土壤呼吸、土壤蒸发观测结果，对模型模拟结果进行检验和比较。本研究揭示了草甸草地生态系统碳水交换的过程机理，为我国草原碳水循环的评价提供理论依据。本文的主要结论如下:
1)科尔沁草甸草地2009-2011年三年生长季和非生长季能量平衡闭合度分别为0.79和0.76，与国际同类观测水平持平，表明该生态系统涡动相关系统的观测数据较为可靠。
2)涡动相关观测结果表明，科尔沁草甸草地碳水通量存在明显的日变化。碳通量Fc夜间为正值，白天为负值，正午达到最大。潜热通量LE夜间值较小，日出后开始增加，正午达到最大，之后开始减小。从碳水通量的季节变化来看，二者均为生长季较大，非生长季较小。2011年科尔沁草甸草地5-9月为碳汇，值为166.5gCm-2，LE值为415.5mm。Fc白天主要受太阳辐射的影响，夜间主要受温度的影响。LE主要受净辐射Rn、气温Ta和饱和水汽压差VPD驱动，其中与Rn的关系最为密切。
3)耦合的光合作用—气孔导度—能量平衡多层模型参数（Rubisco最大羧化速率Vcmax、最大电子传递速率Jmax）随物种和叶龄变化，将其本土化后，利用模型对科尔沁草甸草地生态系统的碳水通量进行了模拟，拟合效果较好。2010-2011年生长季碳水通量30min模拟值与实测值相关系数分别为0.801和0.672，就总平均值来说，多层模型对Fc和LE分别低估了约0.6％和5.0％。模型能够较好的模拟碳水通量日、季节变化，其中白天拟合效果好于夜间;生长季旺盛期好于初期。
4)模型对主要参数的敏感性分析发现，Fc对叶片氮含量分布系数kn和Vcmax较为敏感，LE对其它生理参数（气孔导度的参数a1、气孔响应于Vpds的经验系数Vpds0、气孔对CO2的最小导度gsc0）较为敏感。Fc对环境因子的响应程度为:大气CO2浓度Ca＞Ta＞光合有效辐射PAR＞土壤含水量θsm＞VPD＞风速u0，LE对环境因子的响应程度为:Ta＞VPD＞θsm＞PAR＞Ca＞u0。Fc和LE对植被特征参数的响应程度均为:叶面积指数LAI＞叶宽w1。