红树林是滨海湿地蓝碳碳汇的主要贡献者,在减缓气候变化中发挥着重要的作用。红树林因具有特殊的水分利用过程,使其能在高盐、周期性潮水淹没的不利生境下仍保持较高的生产力。能否科学量化红树林叶片及生态系统的水交换过程已成为准确评估其碳汇潜力和预测红树林响应气候变化研究的必要前提。本文利用中国红树的高物种多样性、红树林冠层水汽通量和水汽同位素连续观测数据,修正了植物叶片和冠层的水交换过程的同位素分馏模型,并结合改进后的二源模型将其应用于红树林系统蒸散发组分的拆分,主要结论包括:1)理清了叶性状对叶水同位素分馏的影响机制。基于对五个沿海植被梯度带的15种红树和18种相邻非红树的叶性状和叶水同位素分析表明,红树叶水氧同位素富集(△L)比陆地植物低3-4‰。与相邻非红树植物相比,红树叶片的气孔密度低和肉质化程度高,引起叶水运输过程中的有效路径长度增加约2倍并降低气孔导度30%,因而导致红树植物的△L与非红树植物的差异。2)蒸腾水汽同位素(δT)测量结果表明,特殊叶性状导致叶水周转周期较长,加之气孔对环境因子的较强敏感性,使红树δT很难达到同位素稳态平衡。叶性状参数化的Craig-Gordon-Peclet模型,可以准确预测△L和δT。3)发展了适用红树林的二源模型。在陆地生态系统常用的二源模型基础上,增加了潮汐和盐度等物理过程并修改光合对叶温的响应曲线。模拟结果显示在3个红树林站点的蒸散发(ET)及冠层蒸腾(T)均与实际观测高度相关(R2>0.93)。模拟结果表明,在夏季红树林的ET接近热带雨林(6.0～8.5mm day-1),但冬季接近于半干旱地区(3.0～4.5 mm day-1)。4)综合多种方法拆分红树林ET。改进的二源模型结果显示红树林的日蒸腾在蒸散发比重T/ET(43±15%)明显比同纬度其它陆地生态系统低,夏季(30～38%)明显比秋季低(35～53%)。该特殊性主要成因在于气孔导度和蒸发过程对盐度、高温和潮汐的高敏感性。同位素和模型两种方法定量的T/ET结果较接近,但同位素方法得到的结果较为离散。本文研究融合了长时间序列的观测实验、水同位素分馏理论和数值模拟方法量化了红树林叶、生态系统水平的水交换过程,发现了叶性状对水同位素分馏和水通量的控制机制,理清了多年困扰叶水同位素分馏机制的学术争论。本研究结果不仅能为滨海地区开展古气候重建提供机理认识,还能为预测红树林对未来气候变化响应提供理论支撑。