陆地生态系统碳循环和水循环是陆地表层系统物质循环和能量传输的核心，深入解析生态系统碳水循环的生态学过程和机制是增强生态系统碳汇功能、缓解气候变暖和淡水资源短缺，维持可持续发展的战略需求。随着气候变化压力增大和城市人口的快速增长，城市环境的改变对生态系统的碳水循环产生深远影响，但是，目前对于城市森林的碳水耦合过程的了解十分有限。本研究选择城市远郊森林生态系统（肇庆鼎湖山）和城市森林生态系统（广州小青山），对比分析不同生态系统碳水通量和环境因子变化，解析人类干扰对环境的影响。研究利用碳同位素、树干液流和涡度相关技术估算城市远郊和城市森林从叶片到生态系统的水分利用效率。结果表明，在叶片尺度到个体尺度乃至生态系统尺度，城市森林的水分利用效率比远郊森林分别高19%、11%和33%。各尺度之间，两地生态系统尺度水分利用效率>叶片尺度水分利用效率>个体尺度水分利用效率。这是首次得到基于实测城市和远郊森林水分利用效率的多尺度定量比较。各尺度得到的结论相互验证解释，以更加细致全面地理解森林生态系统的碳水耦合。从时间尺度上看，两个生态系统水分利用效率均呈现出干季显著大于湿季，远郊森林昼夜蒸腾曲线呈对称的平峰，城市森林呈不对称的尖峰，两者的区别反映了气孔行为对于植物水分消耗的调控作用。研究结果深化了对森林生态系统碳水耦合的理解，强调了城市森林的碳汇功能和远郊森林的韧性，揭示了森林生态系统的稳定性和环境可塑性。我们的研究结果为生态系统管理和维护提供了重要参考依据，也为未来陆地生态系统科学研究、城市规划和自然保护区政策的制定提供了重要参考依据。