陆地生态系统碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。现有研究已经表明两者之间具有耦合作用。但是对两者的耦合关系和耦合机制还缺乏系统的研究。本研究以华北冬小麦-夏玉米农田生态系统为研究对象，从叶片和冠层两个尺度上对生态系统碳水通量耦合关系的生理生态机制进行了研究。以叶片光合-蒸腾观测系统对叶片的光合和蒸腾进行了日变化、光响应和CO2浓度响应的观测研究，以涡度相关通量观测系统对2002年～2005年三个冬小麦-夏玉米生长季的生态系统碳水通量进行了连续观测。在叶片光合-蒸腾观测和生态系统碳水通量观测的基础上，我们对生态系统碳水通量耦合的生理生态机制作了探讨。主要观测结果和研究发现有：　　 1)冬小麦和夏玉米叶片光合-蒸腾具有密切的耦合关系。主要表现在：光合和蒸腾有较为一致的日变化和光响应特征；在日变化和光响应中，光合速率(An)和蒸腾速率(T1)具有显著的正相关关系。在CO2浓度(Ca)单因子递增变化中，An和Tr的耦合关系发生改变，不再具有正相关关系，但对An进行An/Ca校正后An/Ca和Tr具有显著的正相关关系。　　 2)冬小麦和夏玉米叶片光合-蒸腾耦合的生理机制主要有：气孔作为控制CO2和水汽进出叶片的共同通道，对An和Tr有共同的控制作用；太阳辐射作为光合和蒸腾作用的共同驱动能源对An和Tr有趋向相同的驱动作用；叶片表面水汽压饱和差和温度等微气象因子对An和Tr有相似的影响作用。　　 3)华北冬小麦-夏玉米农田生态系统碳水通量具有明显的耦合关系。这主要表现在：生态系统总初级乍产力(GPP)与冠层蒸腾(Tr，c)、生态系统净初级生产力(NEP)与生态系统总蒸散(ET)具有较为一致的季节变化特征；GPP-Tr，c、NEP-ET具有显著的线性正相关关系。　　 4)华北冬小麦-夏玉米农田生态系统碳水通量耦合的形成机制主要包括三个方面：太阳辐射作为生态系统碳循环和水循环的驱动能源，对碳通量和水通量具有趋向相同的驱动作用；气孔作为CO2和水汽进出叶片的共同通道，对碳通量和水通量具有相似的控制作用：水汽压饱和差和温度等环境因子对生态系统碳通量和水通量具有相似的影响作用。