在全球气候变化日益加剧的环境下,陆地生态系统碳循环的研究已成为热点。绿色植物是碳循环过程当中最重要的组成成分,尤其是自然系统较为脆弱的区域,植物的功能更加明显。中国西北早区生态系统脆弱,葡萄作为西北旱区广泛种植的经济果树,对当地的大气碳库起着重要作用,其碳通量有着独特的变化规律和机理,其研究对于认识整个陆地生态系统的碳循环过程有着重要意义。本研究利用涡度相关系统,于2008年至2013年在我国西北旱区甘肃武威地区葡萄园进行了6年的CO2通量观测试验,分析了不同时间尺度下葡萄园CO2通量的变化规律,确定其碳源/汇属性及强度；区分出不同时间尺度下影响碳通量变化的主要因子；通过对比实测土壤碳通量数据,得到了适宜模拟西北旱区土壤碳通量的模型；在以上研究基础上,通过对比分析,建立了适宜模拟葡萄园碳通量的理论模型。具体研究结果如下：(1)葡萄园生态系统2008年至2011年的净CO2交换量分(NEE)别为-820、-824、-961以及-992gC.m-2·y-1,总体呈明显的碳汇。葡萄园生态系统NEE呈明显的季节变化规律,在萌芽期葡萄园整体表现为弱的碳源,而到新梢生长期以后转变为碳汇,并且固碳量持续增大,至生育末期开始减小。其NEE日变化规律呈双峰型曲线,午间会出现“光合午休”现象,灌溉会减轻“午休”现象的发生,使其峰值持续的时间增长。(2)在不同时间尺度上,影响葡萄园生态系统净CO2交换量的主要因子各不相同：小时尺度,冠层导度和净辐射是主要影响因子。在日尺度上,冠层导度、温度以及饱和水汽压差为主要影响因子。月尺度上气温、冠层导度以及大气CO2含量对NEE影响最明显。(3)温度模型和Q1o模型由于仅考虑温度对土壤碳通量的影响,因此在模拟时效果并不理想,R2分别为0.10和0.32。本研究通过考虑温度和水分两方面的因素,建立了改进的水分温度综合模型(W-T模型),其模拟效果得到明显提高,R2达到0.78。(4)常用的碳通量模型SMPT-SB和Crop-C模型在模拟西北旱区葡萄园碳通量变化时,效果均不理想,模拟值分别高估60%和30%。在考虑葡萄园的特殊性：植被和土壤对碳通量贡献的差异性后,结合SMPT-SB模型与土壤的综合模型,本研究建立了适宜模拟葡萄园碳通量的SMPT-SW模型,其模拟效果有显著提升,模拟值相较实测值高估约8%,R2达到0.85。(5)根据IPCC第五次工作报告中提出的两种碳排放情景,利用SMPT-SW模型对西北旱区葡萄园2015至2065年的植被初级生产力(NPP)进行了预测。预测结果表明在低碳排放情景下,2065年葡萄园NPP可达1299gC-m-2·y-1,是2015年的1.25倍。其中2015至2020年间为快速增长阶段。在高碳排放情景下,2015至2030年间为快速增长阶段,该15年间葡萄园NPP增长了24%,2030至2065年间葡萄园NPP却开始下降,到2065年时下降至1213gC-m-2·Y-1。