陆地生态系统碳循环研究是全球变化科学的重要组成部分，是20世纪80年代兴起的跨学科、综合性的、规模较大的国际合作研究的热点。森林作为陆地生态系统的主体，在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面中具有不可替代的作用，因此对森林生态系统碳循环的研究具有科学与政治的双重意义。　　 本文在借鉴国内外已有工作的基础上，以基于个体生长过程的中国森林生态系统碳循环模型FORCCHN为基础，进行模型水分模块优化，加入降雨截留、降雪截留和下层植物和凋落物层截留，对1981～2002年间，东北地区森林生态系统各个碳通量，包括净初级生产力(NPP)、土壤呼吸、净生态系统生产力(NEP)、凋落量以及土壤和植被碳储量的时空分布格局进行了较为详细全面的定量估算，并对未来AIB气候情景下东北地区森林生态系统的碳通量和碳储量的可能变化进行了模拟预测，旨在探求东北地区森林生态系统碳收支时空格局和演化规律及其对气候变化的响应。通过研究，主要得到以下几方面的结果：　　 (1)在1981～2002年间，东北地区森林生态系统NPP总量呈现明显的增长趋势(0.0039 Pg C.yr-2，P<0.001)，变动于0.210～0.302 Pg C·yr-1(1Pg=1015g)之间，平均为0.258 Pg C·yr-1，东北地区林地面积约占全国森林总面积的314％，但NPP总量占全国森林NPP总量0.4～0.64 Pg C·yr-1的40.36％～64.57％，且具有明显的年际、年代际增长变化。空间分布的基本特点是东南高西北低，主要集中在大兴安岭、小兴安岭和长白山等地，且具有季节性。不同森林类型对NPP总量的贡献不同，落叶针叶林、常绿针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林对NPP总量的贡献分别为22.75％、0.15％、35.97％、41.15％。不同季节对NPP的贡献也不同，40.91％的NPP变化发生在夏季，春、秋、冬季则分别为35.14％、23.33％、0.62％。温度是影响东北森林生态系统NPP总量时空变化的最主要因子(R2=0.46，P<0.01)。　　 (2)1981～2002年期间，东北地区森林生态系统土壤呼吸总量增长趋势明显，变化范围在0.113～0.226 Pg C·yr-1之间，平均约为0.172 Pg C·yr-1，波动幅度0.113　　 Pg C。总量平均值小于NPP，但其增长趋势(0.0056)远远大于NPP的增长趋势，这也决定了NEP的变化是一个逐渐递减的趋势。且土壤呼吸的年际、年代际增长也比较明显。1981～2002年，NEP变化于0.058～0.114 Pg C·yr-1之间，平均约为0.087 Pg C·yr-1，单位面积单位时间平均值约为225.6899 C·m-2·yr-1，可见，东北地区森林生态系统是一个碳汇，研究时段内共吸收碳量约为1.905 Pg C，平均每年吸收碳量0.087 Pg C。不同森林类型其吸收碳量差异很大，年际变化趋势不同。碳吸收量的最大的针阔混交林，常绿针叶林最小，研究时段内针阔混交林、落叶阔叶林、落叶针叶林碳汇能力呈波动下降趋势，而常绿针叶林呈波动上升趋势。土壤呼吸和NEP对温度的响应更为敏感。　　 (3)从1981年到2002年，东北森林凋落总量累计4.488 Pg C，其年际增长趋势明显。不同森林类型其凋落量差异很大。不同季节对凋落量的贡献不同，贡献最大的是10月、11月和12月。东北森林生态系统总碳储量约为12.369 Pg C·yr-1，22年累计272.124 Pg C，其中森林植被碳储量波动于3.438～4.631 Pg C·yr-1，平均约为4.011 Pg C·yr-1，累计88.244 Pg C，土壤碳储量波动于7.949～8.599 PgC·yr-1，平均约为8.358 Pg C·yr-1，累计183.879 Pg C。平均植被碳密度和土壤碳密度分别为10.454 Kg C·m-2、21.783 Kg C·m-2。不同森林类型土壤和植被碳储量差异较大，但年际变化趋势较为一致。土壤和植被碳密度具有较为明显的空间分布特征。东北森林占我国森林面积的31.4％，植被碳储量和土壤碳储量分别是全国森林的74.279％、63.876％，植被碳密度和土壤碳密度分别是全国森林的2.701倍和1.218倍，在我国森林生态系统碳循环中起着主导作用。　　 (4)模拟研究表明，未来AIB气候变化情景下，NPP、土壤呼吸和凋落量均呈波动上升趋势，东北森林生态系统可能仍将具有明显碳汇功能，但强度呈下降趋势。预测结果表明，2003～2049年，NPP、土壤呼吸和凋落量仍均呈波动上升趋势，分别增加了10.84％、134.43％、24.08％，且土壤异样呼吸的增加速率远远大于NPP的增加速率。东北森林生态系统可能仍将具有明显碳汇功能，但强度呈下降趋势，下降了95.64％。未来47年东北森林虽然碳汇能力在减弱，但吸碳总量还在不断增加，这也进一步说明了未来47年东北森林对降低大气中温室气体浓度上升以及缓解气候变化将会起到积极作用。土壤碳储量的变化趋势是从增长到饱和然后逐渐降低的过程，植被碳储量则基本上随时间变化呈逐渐增长趋势。土壤碳储量将可能在植被碳储量之前得到饱和，因而东北森林生态系统碳吸收能力的降低主要是由于土壤碳储量的减少造成的，而植被碳的增加将会在一定时间内减缓这一过程。