目前,在北方水资源短缺地区的生态建设中,杨树人工林生态系统水量平衡和耗水机理成为日益关注的问题。本文目的是定量分析北京大兴地区杨树人工林(黑杨派)生态系统能量平衡和水量平衡状况,并从水量平衡角度探讨北京大兴林场现有种植密度和规模杨树人工林的可持续发展问题。利用涡度相关、树干液流和微气象综合观测系统对其进行研究,综合分析2006至2009年的连续观测数据。能量闭合和能量分配结果如下：2006-2008年Rn-G(Rn,净辐射；G,土壤热通量)和LE+H(LE,潜热通量；H,显热通量)线性回归相关指数达0.84(半小时)和0.93(日尺度),结果表明该站点数据质量达到中上水平,该数据用于能量分配和水量分配研究具有科学依据。能量不闭合主要发生在夜间。摩擦风速、稳定度、降雨和叶面积指数影响能量闭合：摩擦风速增大和稳定度增加,能量平衡比例接近1；雨天能量不闭合程度比晴天高,随着日降雨量增大,能量平衡比例远离平衡状态；叶面积通过影响摩擦风速来间接影响能量平衡比例。2006-2009年生长季能量主要分配给潜热(LE／Rn：0.71-0.83),显热通量次之(H／Rn：0.2-0.29),分配给土壤热通量的能量最少(G／Rn：0-0.01)。在不同生态系统能量分配的对比研究中,发现人工杨树林LE／Rn与农田生态系统相差不大,远远高于其它林分系统,天然针叶林LE／Rn比天然阔叶林小。生长季和非生长季能量分配差异主要受叶面积指数和反照率的影响,在杨树同一生长期,饱和水汽压和土壤水分变化决定潜热和显热通量的变化。水量平衡研究结果表明,2006和2009年为干旱年份,年水量平衡处于赤字状态(降雨量PPT小于实际蒸发散AET),需要灌溉；2007和2008年的全年降雨量大于多年平均降雨量(569mm),属于湿润年份,降雨供水量基本满足杨树需水量。对于月尺度的水量平衡,每年生长季5月和6月都存在蒸发散量大于降雨的状况,需要抽取地下水进行灌溉,9月份和10月根据前期的降雨状况来判断是否需要灌溉。其次从年月尺度上量化该生态系统需水量与供水量的比例关系,同时对比分析不同站点的杨树林供水量(降雨)和需水量关系。研究发现半湿润、暖温带地区的沙地杨树人工林耗水很大,供需不平衡；在不同站点对比研究中,在相同降雨量下,大兴杨树人工林蒸发散量要远高于其它站点,主要是因为大兴年平均气温较高,同时还发现成熟杨树生态系统的蒸发散量大于降雨量。最后研究环境因素对水量平衡各组分的影响,气象因素中净辐射和饱和水汽压对蒸发散、蒸腾、土壤蒸发有着显著的影响。在不同站点水量供需对比研究中,发现降雨、地下水深度、温度是影响杨树生态系统水量平衡的重要因素。在影响因素分析基础上,对杨树人工林蒸发散量进行回归分析,建立经验公式。并同其它蒸发散计算方法进行对比分析,对不同计算方法模拟所得的蒸发散结果进行验证,为干旱缺水地区杨树人工林的水资源管理提供理论方法。总之,由于北京大兴水资源缺乏地区杨树人工林需水量很大,导致水量不平衡,会使现有种植密度和规模杨树人工林的可持续发展面临巨大挑战。如无论是干旱还是湿润年份,每年3-5月大部分时间存在水量供需矛盾,为了缓解矛盾,需要人工抽取地下水(水位,-16.5m,下降速率为0.71m year-1)进行灌溉,必然会加重地下水危机。因此,在水资源缺乏地区杨树人工林种植和管理应该充分考虑对当地环境水文效应和水资源造成的影响。