流域内森林生态系统在流域的水循环以及碳平衡中发挥着重要的作用,同时也受环境条件的影响。因此,掌握森林树种的光合作用和水分利用特征及其对环境条件的响应意义重大。本研究在长沙市选取了4种常见的树种:针叶树种马尾松、常绿阔叶树种樟树和桂花树,落叶阔叶树种枫香,采用LI-6400XT便携式光合测定系统、热比率法液流表、植物茎水势仪等技术于2013-2015年观测了树木的相关水文生态变量,并同步测定了气象环境数据。以此分析了常见树种的光合作用和水分利用特征及其对环境条件(包括干旱胁迫)的响应,主要研究结论概括如下:(1)总体上看,樟树对环境变化的响应比桂花树敏感(表现在其光合作用和蒸腾用水方面),尤其是在应对干旱胁迫中,桂花树较为耐旱,而樟树受干旱影响较大,但樟树通过有效的落叶和枯梢机制从干旱中幸存。两种树在干旱中的蒸腾用水均随水汽压亏缺(VPD)的升高和茎水势的降低而降低,尤其是当VPD>1.75 kPa时,樟树和桂花树的蒸腾速率(Ec)均显著下降,但樟树Ec下降的幅度大于桂花树。樟树和桂花树均表现为非等水行为(Anisohydric behavior),只是对干旱的响应程度不同。(2)在2013年的夏季干旱中,水分亏缺和不断升高的叶片水汽压亏缺(VPDL)能明显降低樟树和桂花树的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(gc),但两种树的响应程度不同,樟树下降的幅度大于桂花树。另外,桂花树不管在有无干旱环境下,当VPDL较高时基本能保持其光合参数稳定在一定范围内变化,反映了桂花树对环境改变的较强适应能力;枫香光合作用对VPDL的响应不敏感。(3)樟树、桂花树和枫香光照叶的Pn、Tr和gc日变化值均高于阴影叶的值,且三者的峰值时间也早于阴影叶,而胞间二氧化碳浓度(Ci)均为阴影叶高于光照叶。三种树光照叶的Pn日变化进程均为双峰曲线,有明显的“光合午休”现象,而阴影叶则没有光合午休。(4)落叶树种枫香在落叶过程中,Pn、Tr、gc和水分利用效率(WUE)对光的响应能力也逐渐下降,反映了枫香在落叶过程中光合作用能力逐渐衰减的过程。另外,采用非直角双曲线模型拟合枫香的光响应曲线效果较好,拟合的最大光合速率(pmax)和暗呼吸速率(Rd)在落叶过程中也不断下降,但pmax下降的幅度和速度比Rd更快。(5)樟树、桂花树、马尾松和枫香四种树均存在明显的夜间液流,且前半夜的夜间液流速率(SFn)大于后半夜的,后半夜液流趋于稳定。从不同树种看,枫香的SFn最高,马尾松和樟树次之,桂花树最小;从季节上看,SFn的最大值均出现在夏季,SFn夏季最活跃,冬季最弱。(6)四种树的夜间液流与夜间VPD的关系显著,在正常年份,四种树的SFn与VPD均呈显著的正相关关系;而在干旱的环境中,桂花树的SFn依然能保持与VPD较高的敏感性,而樟树和马尾松的SFn则随VPD的升高而有所下降;干旱后,桂花树和马尾松的夜间液流水平有一定的恢复,而樟树夜间液流变得非常微弱。(7)在构建Jarvis-Stewart冠层气孔导度模型中,通过比较各环境因子的不同响应方程组合的模型的拟合效果来确定最优的冠层气孔导度(Gc)模型,结果表明这种方法能够有效地找到各环境因子最优的响应方程,从而最优化Gc模型。由此分别构建了樟树、马尾松、桂花树和枫香四种树的最优Gc模型,优化的模型均较好地模拟了四种树Gc的变化特征。