陆地生态系统碳循环和水循环是陆地表层系统物质能量循环的核心，是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带，也是陆地生态系统相互耦合的2个重要生态学过程，更是全球变化科学研究的核心问题。然而，对水碳平衡关系及其对气候变化的响应的认识还十分有限。陆地生态系统水循环和碳循环的过程机制是分析气候变化机制、预测气候变化、制定气候变化适应性政策的科学基础。峨眉冷杉是广泛分布于我国西南亚高山区的一种典型的暗针叶林，也是生长于亚高山林线处的典型林型。本论文基于海拔2800～3700m垂直带谱上的峨眉冷杉生态系统为研究对象，采用野外试验、室内试验和模型模拟相结合的方法，分别分析了蒸散发、碳循环和WUE的时空变异及控制因子，系统阐述了影响水、碳循环及耦合关系的主要机制。论文的主要结论如下:　　 (1)贡嘎山亚高山暗针叶林生态系统年均蒸散发总量为640(±49)mm，林冠截留在总蒸散发中所占的比例最大(52.1％)，森林生态系统蒸腾量次之(32.5％);蒸腾量占总蒸散发的比例在干季较高，湿季较低。净辐射是总蒸散发量的主要影响因素，也是控制蒸散发季节变化的主要因子;气孔导度是树木蒸腾的主要影响因素。蒸散发量随着海拔梯度的升高而逐渐减小，其中蒸腾量减小的最快，林冠截留蒸发表现为增加趋势，地表蒸发量表现为下降趋势;通过分析得出，温度是控制海拔梯度上蒸散发变化的主要因素。　　 (2)大气降水的18O、D同位素值随着海拔升高而降低，而不同月份的大气降水量线也不同。冷杉枝干18O、D对同样随海拔梯度增加而降低。表层土壤和深层土壤水分的18O、D在海拔梯度上的变化不明显。海拔梯度上，冷杉枝水分的变化受到降水的影响较明显。海拔梯度升高，冷杉叶片的δ13C和WUE均表现为增加的趋势，叶片δ13C随着温度和比叶面积增加而降低，随着叶片氮含量的增加而增加，但降水对叶片δ13C影响不显著。随海拔升高，气孔导度降低，气孔导度和枝条水分的δ18O表现正相关关系，枝条水分的δ18O与叶片δ13C之间表现为负相关关系。　　 (3)年均GPP和NPP的累计量分别为18.3(±3.7)tha-1a-1和11.0(±2.3)tha-1a-1。GPP和NPP的年际变化主要受到总辐射的影响。小时尺度上，非生长季GPP随净辐射和饱和水汽压的增加而增加，并逐渐趋于稳定，生长季GPP随净辐射和饱和水汽压的增加表现为先增加后减小的趋势。GPP和NPP均随海拔高度的增加而降低，其变化与温度的相关性较好。水分利用效率具有年际变化特征，GPP/Et、GPP/ET、GPP/(Eint+Et)、NPP/Et、NPP/ET、和NPP/(Eint+Et)分别为10.45(±0.79)、3.30(±0.06)、3.99(±0.17)、6.40(±0.19)、2.03(±0.02)和2.47(±0.06)、mgCO2/gH2O，水分利用效率变化对年均温度和年降水量较敏感。生长季水分利用效率较高，但在不同的生长季内其又有明显的波动。GPP、NPP和蒸散发与温度关系变化不同步性导致WUE的年内变化。　　 (4)幼龄林、中龄林和成熟林全年土壤CO2通量分别为13.73tha-1a-1、15.55tha-1a-1和9.49tha-1a-1，非生长季土壤呼吸占年土壤呼吸通量比分别为0.33、0.36和0.30。生长季土壤呼吸速率分别与5cm土壤温度和0～10cm土壤含水量具有显著的指数函数关系和二次线性函数关系。峨眉冷杉中龄林的土壤呼吸速率与土壤温度的指数关系并不显著。雪盖厚度影响冬季土壤呼吸的速率，但雪盖厚度可能并不足以隔绝土壤和大气之间的交换，因此并不能通过雪盖厚度来完全反应冬季的土壤呼吸变化。海拔3000m冷杉林自养呼吸量为8.58tha-1a-1，异养呼吸量为7.82tha-1a-1。生态系统呼吸及其组分随着海拔升高而减小。生态系统呼吸和光合速率有显著的关系。在年内尺度上，生态系统呼吸和总蒸散量之间的一致性不显著;但在海拔梯度上，生态系统呼吸速率变化和总蒸散发量之间具有一致性，其表现为二次线性函数关系。　　 (5)贡嘎山亚高山区近20年来，气温明显增加，但是降水量年际间波动较大。气候变化情景下，温度升高4.5℃，蒸腾量增加约14.1％。生长季，GPP和NPP的变化趋势相似，均在温度升高1.8℃时增加，之后随着温度升高而降低，非生长季，GPP和NPP均随着温度的升高而增加，温度升高会降低峨眉冷杉的碳利用效率(NPP/GPP)。降水量增加均会促进GPP和NPP的增加。生长季，各种表达方式的WUE均随着温度的升高而减小;非生长季，GPP/Et和GPP/ET随温度升高而显著增加，但是NPP/Et则表现为相反的趋势，NPP/ET随温度升高而变化较小;降水量增加在一定程度上促进了蒸腾指标下WUE的增加，对总蒸散发指标下的WUE影响较小。