农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，研究其水循环和碳循环的变化规律和控制机理对于了解整个陆地生态系统的物质循环具有重要的意义，目前国内对农田生态系统水碳通量的观测比较少，而对旱作农田生态系统的观测则更加缺乏。本研究应用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统、LI-8150土壤碳通量自动测量系统和涡度相关测量系统，在山西省寿阳景尚实验站，对旱作春玉米田土壤碳通量对降雨的响应进行了模拟研究和大田原地观测，同时，对旱作农业区两种典型的春玉米种植方式——覆膜栽培和露地栽培条件下的农田生态系统的水通量和碳通量进行了观测，并测量了两种栽培条件下春玉米的生理生态指标和环境要素，得到的主要结论如下：1.与露地处理比较，覆膜增加表层土壤水分，前期明显提高表层土壤温度，提高春玉米出苗率和缩短全生育期。覆膜处理前期和中期绿叶面积指数高，而后期低；覆膜处理在株高、地上干物质积累和地下干物质积累方面始终较高。覆膜处理最终经济产量每公顷比露地处理高1348kg。2.绿叶面积指数与日均净碳通量呈正相关；日均光合有效辐射在小于300μmol·m⁾-2(·s^-1和日均空气温度小于15℃时均是日均净碳通量的主控因素。覆膜抑制土壤呼吸，有利于农田土壤碳的蓄积。露地处理在前期和中期净碳交换量日均值平均比覆膜处理小0.04mgCO2·m^-2·s^-1，而后期大0.02mgCO2·m^-2·s^-1。覆膜处理和露地处理的最终碳积累量分别为596gC·m-2和506gC·m-2。3.降雨对净碳通量和蒸散有明显影响，降雨时净碳通量和蒸散均减小，雨后均升高，但蒸散升高幅度明显大于净碳通量，使水碳耦合变弱。土壤干旱时，降雨激发土壤呼吸，雨后则下降；土壤湿润时，土壤体积含水量大于27%，降雨明显抑制土壤呼吸，雨后则升高。4.绿叶面积指数和日均空气温度与日均蒸散呈正相关。日均光合有效辐射在小于400μmol·m^-2·s^-1时是日均水通量的主控因素。与露地处理相比，5月1日至6月19日，覆膜处理水通量小3.32×10^-6mm·s^-1；6月20日至7月31日，覆膜处理水通量大3.09×10^-6mm·s^-1；8月1日至8月31日，覆膜处理水通量大0.14×10^-6mm·s^-1；9月1日至10月8日，覆膜处理水通量小1.64×10^-6mm·s^-1。覆膜处理和露地处理最终蒸散积累量为376mm和384mm。5.水通量和碳通量在日尺度和全生育期内，覆膜处理与露地处理均有相同变化规律，且在日尺度、月尺度和全生育期内均有明显的线性关系，而水分利用效率可用该线性关系的斜率表示。覆膜处理全生育期内水分利用效率为10.9gCO₂·mm^-1H₂O，而露地处理为9.8gCO₂·mm^-1H₂O。覆盖地膜能抑制土壤呼吸和土面蒸发，有利于水碳耦合，提高水分利用效率。