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水分利用效率（WUE）是影响陆地生态系统碳水耦合的关键因素,但是目前对于半干旱区玉米农田生态系统水分利用效率的研究还相对较少。本文以黄土高原半干旱区玉米农田生态系统为研究对象,基于2015-2017年兰州大学半干旱区流域地表过程与环境变化野外科学观测站的气象站数据和涡度相关数据,对三年内不同时间尺度（日、生育期、季节）的气象、环境因子、碳水通量、水分利用效率进行了分析,探究针对目前气候背景和人类活动下（降水差异、地膜覆盖）对生态系统水分利用效率的影响,并讨论了水分利用效率对于T/ET的响应,主要结果如下:（1）2015-2017年的水分利用效率分别为4.612g C kg-11 H2O、4.594g C kg-1H2O、5.226g C kg-11 H2O。相对于其他农田生态系统,基于地膜覆盖下的会宁玉米农田生态系统是一个重要的碳汇,2015-2017三年WUE的季节变化趋势相似,基本在夏季（灌浆期、成熟期）达到最大值,影响三年内WUE变化的主要因子也是有效水分。（2）WUE在整个生长季对环境因子的响应很差,但是在灌浆期和成熟期却又相对较好的关系。幼苗期的温度和气孔导度,拔节期、灌浆期、成熟期的饱和水汽压差、气孔导度和光合有效辐射能很好的解释WUE在不同生育期的变化规律。（3）WUE日尺度变化存在三个阶段,极端大值出现在早上和晚上,白天持续下降并保持较低水平。日尺度WUE与气孔导度的相关关系明显。7:00-11:00的光合有效辐射、11:00-16:00的饱和水汽压差和16:00-21:00的饱和水汽压差、温度和光合有效辐射能很好的解释WUE在日尺度的变化过程。（4）总的降水量与生态系统生产力和水分利用效率之间没有直接的关系,季节性降水的重要性远高于年内总的降水量。春季降水差异也并没有对生长季内水分利用效率产生特别大的影响,降水事件对于蒸散发（ET）的响应远大于生态系统总生产力（GEP）,加之本试验站位于河谷交汇处,土壤含水量相对较高,也导致了WUE的变化不明显。基于地膜覆盖能极大程度的增加玉米农田生态系统的碳汇能力,但是对于系统水分利用效率的响应不明显,水热条件是解释这一现象的重要因素。（5）潜在水分利用效率可以大大降低不同环境因子的日尺度的时间滞后性,通过潜在水分利用效率推求计算的T/ETuW相较于模型方法计算的T/ETs-w在季节尺度上与原位试验值T/ETsf更为接近,叶面积指数LAI是影响整个生长季T/ET的最重要的因子,T/ETuW比T/ETs-w与LAI有更好的相关性,在基于地膜覆盖的情况下更为明显。综上,本文的研究可以为半干旱区碳水耦合和农业生产提供一定的理论和实践基础。