在全球气候变化的宏观背景下，受到人口持续增长带来的粮食需求驱动，以及当地生态保护意识增强及政府风沙源治理的工程性需要，中国北方农牧交错带温性草原区域原本长期放牧利用的草地正经历着高强度、大范围的土地管理利用方式转变。以开垦农用和禁牧恢复为代表的新型草地管理利用方式将多大程度改变原有放牧草地生态系统的结构与功能，如何影响原有放牧地表与大气间物质、能量交换，进而作用于区域、全球气候是一系列引人关注且有着深远学术、社会价值的问题。准确调查草地利用方式转变对生态系统群落、土壤和微气候的改变，量化覆被变化引起的生态系统水、碳收支改变及其调控机制，是深入模拟大规模草地管理利用方式改变对区域物质、能量收支的前提，是准确评估区域大规模土地利用变化气候效应的基础。本研究主要针对中国北方农牧交错带区域典型土地覆盖利用方式转变的生态后果，在厘清植被、土壤和微气候因子对土地利用转变的响应情形的同时，借助多种实验处理，使用便携式红外气体分析仪和同化箱，配合涡度相关系统对生态系统水、碳通量的详细来源组分进行了同步连续观测，以深入分析土地利用方式转变情形下，植被、土壤和微气候因子变化影响区域生态系统水、碳收支的机理。主要的研究结论如下:　　1.本研究选取中国北方草原区域三种典型的利用方式（放牧、禁牧和开垦），通过刈割和除草剂杀死等试验处理，利用便携式红外气体分析仪Li-6400和同化箱，对生长旺季草地蒸散和蒸发的全天交换过程进行了同步观测，通过拆分获得了蒸腾和蒸发占蒸散的比例(E/ET)。结果显示，围封禁牧和开垦草地日均蒸散耗水分别为3.52 kg m-2 d-1和3.74 kg m-2 d-1，较放牧草地分别增加6.73％和13.4％，其中草地开垦的增加达到显著水平(P＜0.05)。在蒸散组成上，禁牧草地日均蒸发耗水较放牧草地增加24.3％(P＜0.05)，而开垦相比禁牧草地，又增加20.2％(P＜0.05)。开垦使放牧草地E/ET水平从0.35显著提升到0.46(P＜0.05)。结合群落特征调查和环境微气候因子随测结果，分析显示气温、VPD与蒸散、蒸发和蒸腾速率的动态变化关系密切(P＜0.001)。此外，在不同利用方式的草地，叶面积指数(LAI)与日均蒸散量和蒸发量极显著正相关(P＜0.001)，样点间LAI差异能较好解释E/ET变化(81％)。本研究认为，管理利用方式差异造成的LAI变化通过对土壤含水等环境微气候因子的调控，是控制草地蒸散水平和来源组成的关键因素。　　2.本研究选取中国北方草原区域三种典型的利用方式（放牧、禁牧和开垦），通过黑箱、刈割和除草剂杀死等试验处理，利用便携式红外气体分析仪Li-6400和同化箱，对生长旺季草地碳交换及其来源组分的全天释放过程进行了同步观测。结果显示，开垦利用显著增加了生态系统的总初级生产力(GEP)，但由于开垦后植被自身呼吸(Ra)和生态系统中异养呼吸(Rh)的显著增加(P＜0.05)，其净生态系统生产力(NEP)和净初级生产力(NPP)反而都显著低于放牧草地和禁牧恢复草地。由此放牧草地和禁牧恢复草地生态系统的碳固定效率(CUE，NPP/GPP)显著高于开垦后的生态系统(P＜0.05)。此外，开垦区域的土壤呼吸被显著加强(P＜0.05)，这表明开垦将增加草原区域碳库的碳释放，而不同草地管理利用方式间，虽然根系生物量差异巨大，但根系呼吸彼此间差异不显著，研究显示根呼吸活力与根冠比呈极显著负指数关系。　　3.水分利用效率连接水循环和碳循环，是关联地表植被水分消耗和碳收支变化的重要生态系统特征。它的大小与变化在干旱和半干旱草原区域尤为敏感重要。然而，草地冠层和生态系统WUE对土地利用方式转变的响应过程和机制还知之甚少。我们在中国北部温性草原区域调查了三种典型草地利用管理方式植被在最大生长时期的冠层和生态系统WUE。我们测定了总生态系统生产力(GEP)，净生态系统CO2交换(NEE)，蒸散(ET)，蒸发(E)，冠层蒸腾(T)以计算冠层WUE(WUEc=GEP/T)和生态系统WUE(WUEgep=GEP/ET or WUEnee=NEE/ET)。结果显示，LAI在禁牧草地和开垦草地的增加，刺激了WUEc分别增加了17％和36％。然而开垦导致生态系统WUEnee分别较天然草地放牧和禁牧天然草地下低了34％和28％，WUEgep在不同草地利用方式下未出现显著差异。不同利用方式草地间LAI的变化，与环境微气候、冠层和生态系统水平水碳交换等直接关联WUE的环境因子的变化高度相关。我们认为利用方式转变主要通过对植被LAI的改变，影响了水分交换的总量和组成，从而对冠层和生态系统WUE产生影响。水分消耗(T和ET)的增加相比GEP或NEE，能更好的解释冠层和生态系统WUE在日动态近中午时的降低，这表明在中午较高气温、净辐射影响下，冠层和生态系统的产生了大量无效的蒸腾耗水。我们的发现有助于机理性的了解草地冠层和生态系统尺度碳-水联系，帮助预测利用方式转变对干旱半干旱草原区域生产力、水碳物质交换以及区域气候的影响。