科尔沁沙地隶属我国北方典型的干旱半干旱荒漠化地区,是受气候变化和人类活动影响严重的敏感性区域,过度放牧造成土地荒漠化严重,下垫面又存在较大的异质性,使得陆-气之间的碳水过程极为复杂。该区域涵盖多种特殊的地理景观,对维持干旱地区的生态水文平衡具有举足轻重的作用。本文选择典型的沙丘和草甸湿地生态系统为主要研究对象,运用涡度相关系统和波文比气象土壤观测系统,探讨不同生态系统水、热、碳通量的动态变化特征及其与环境因子的响应关系,并分析了蒸散发和水分利用效率的变化特征,深入剖析碳水通量的年际变异及其控制机制,量化环境因素和生物功能变化对碳水通量年际变异的贡献率。得到如下结论:1.2016年沙丘和草甸湿地生态系统NEE各月平均日变化呈单峰“U”型曲线,表现为白天NEE为负值,夜间为正值,但不同月份NEE日变化存在明显的差异。草甸湿地5-7月及8月中旬表现为吸收CO₂,8月后半月和9月表现为释放CO₂;其中5-9月累计净生态系统碳交换量（NEE）为-766.18 g CO₂·m^-2,总初级生产力（GPP）与生态系统呼吸量（R_e）分别为3379.89和2613.71 g CO₂·m^-2。2016年沙丘累计碳交换量为438.79 g CO₂·m^-2,表现为碳源,而草甸湿地累计碳交换量为-1006.94 g CO₂·m^-2,表现为碳汇。日间NEE与光合有效辐射（PAR）呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差（VPD）、土壤含水量（SWC）及气温（T_a）等环境要素调控。回归关系表明,日间NEE达到最大时,沙丘生态系统的VPD和SWC值分别为2.75 kPa和4.25%,草甸湿地的VPD和SWC值分别1.75 kPa和35.5%;两生态系统的NEE均随T_a增加逐渐增大,当T_a达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;在整个生长季,沙丘和草甸湿地生态系统呼吸的温度敏感性(Q₁₀)分别为1.6和2.4,夜间NEE受T_s和SWC共同调控。2.沙丘和草甸湿地生态系统同一能量项在不同月份具有相似的日变化规律,均呈现较规则的单峰型,但不同月份的能量收入差异明显。分析结果表明:感热通量是沙丘能量的主要支出项,且在5月达到最大,为142.32 W·m^-2,潜热通量是草甸湿地生长季的主要支出项,且日峰值出现在7月,为311.22 W·m^-2,而非生长季主要以感热通量为主。从全年来看,沙丘净辐射通量共计1669.72 MJ·m^-2,感热通量约为784.29 MJ·m^-2,约消耗46.9%的净辐射能,而潜热通量为652.36 MJ·m^-2,占净辐射能39%,土壤热通量占净辐射比例低于1%。草甸湿地净辐射通量总计3032.10MJ·m^-2,潜热通量约为1587.14 MJ·m^-2,大约消耗净辐射的52.3%,而感热通量仅为114.38 MJ·m^-2,土壤热通量只有16.40 MJ·m^-2。相关分析表明:全年尺度,沙丘感热通量、潜热通量均与净辐射、空气温度、土壤温度、饱和水汽压差、土壤含水量以及风速有显著的相关关系,草甸湿地潜热通量在全年尺度上与净辐射、空气温度、土壤温度、饱和水汽压差和土壤含水量呈极显著正相关关系,感热通量仅与风速的相关关系较明显,不同时间尺度主导因子不同。3.沙丘和草甸湿地生态系统蒸散量和水分利用效率具有明显的季节变化特征,且不同下垫面条件下差异明显。2016年沙丘和草甸湿地的总蒸散量分别是278.03mm和683.27mm,且蒸散主要作用在植被的生长季,蒸散量和水分利用效率均受净辐射、空气温度、饱和水气压差和土壤含水量的影响,其影响程度在不同植被条件下表现出较大的差异性。4.季节尺度上,沙丘生态系统净生态系统碳交换量（NEE）、潜热通量（LE）和感热通量（H）均表现为夏季较高冬季较低的季节变异特征,草甸湿地的NEE和LE也具有相似的变化规律,而H没有显著的变异趋势。通过斜率同质性模型（HOS）将2013-2016年碳水通量年际变化的成因分为功能变化、环境因子季节变化、环境因子年际变化和随机误差四部分,沙丘生态系统环境因素季节变化对NEE、LE和H年际变异的贡献率分别为47.10、64.10和84.70%,生物功能变化贡献率分别为3.80、8.80和0.30%;草甸湿地环境因素季节变化对NEE、LE和H的季节性变异的贡献率分别为32.30、65.10和67.10%,相应的生物功能变化贡献率分别为3.70、3.90和3.00%,HOS模拟值较多元回归模拟值更接近综合观测值。因此,在水热碳的预测中,不仅仅依靠环境因子的变化来预测水热碳通量的变化,也应该考虑到生物功能变化对其的影响。