近二十年来,碳同位素技术已被广泛应用于植物的生理生态,特别是植物碳—水关系的研究中。植物的碳同位素组成是叶片组织合成过程中光合作用的整合,反映植物长期的水分利用效率。由于西北干旱、半干旱区的年平均降水量均在600毫米以下,尤其是干旱区年平均降水量不足200毫米,水分成为植物生长过程中最主要的限制性因子,控制着植物气孔的关闭与开张,影响植物叶片的Pi/Pa值。许多研究已证实,植物叶片的碳同位素组成值与水分利用效率都受气孔的开闭以及叶片的Pi/Pa值所影响。一方面,研究植物叶片的碳同位素组成值,可以反映叶片的Pi/Pa值。另一方面,由于高的水分利用效率对应植物叶片碳同位素组成值偏正。因此,植物水分利用效率可以通过叶片的碳同位素组成值来揭示。按照植被分布的特征,本文研究区域包括温带草原植被区域,温带荒漠植被区域和甘南高原、山地植被区域。所采集的植物样品有草本、灌木、半灌木以及乔木。本文主要研究不同区域内植物碳同位素组成的空间分布特征,植物碳同位素组成所反映的影响因素以及研究区内植物水分利用效率的评估。其具体的研究结论如下:1、分析研究区（西北干旱、半干旱区）内所采集植物δ¹³C值空间分布特征,发现植物δ¹³C值的分布范围在-23.1‰～-32.6‰之内,平均值为-27.1‰。同时表明,所采集的植物均通过C₃分馏模式进行光合作用,且植物δ¹³C值的差异性是受环境因素和部分生物因素所影响。2、通过分析研究区内植物δ¹³C值与环境因素的关系,发现年平均降水量对植物δ¹³C值影响较明显,且年平均降水量每增加100毫米,植物δ¹³C值偏负0.8‰,叶片气孔的Pi值变化12.9ppm。虽然其它环境因素,如年平均温度、全年光照时数、海拔高度以及空间环境因素（经、纬度）与植物δ¹³C值具有不同程度相关性,但它们的相关性均受降水因素干扰。生物因素（植物生活型、生长器官的差异性）同样对植物δ¹³C值产生影响,不同生活型的常绿树木叶片δ¹³C值偏正于每年落叶树木叶片δ¹³C值;植物枝的δ¹³C值偏正于叶的δ¹³C值。3、分别通过理论与实验两个方面研究植物δ¹³C值与WUE值之间的关系。理论的研究结果表明,两者具有较好的正相关性。为了探索研究区植物δ¹³C值与WUE值之间的关系,本文通过分析年平均降水量对植物δ¹³C值的影响,推导研究区范围内植物叶片Pi/Pa值变化的平均幅度,并对植物的WUE值进行初步估算,结果显示:研究区范围内植物的WUE值变化达80%。