森林是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中扮演着重要的角色。截止到2008年,中国森林覆盖率为20.36%,其面积占世界森林总面积的5%。很多研究表明目前中国森林生态系统起着碳汇作用,但是碳汇的大小和空间分布,以及碳收支变化的影响机制还存在很大的不确定性。森林碳汇强度(源或汇)受历史干扰(火灾、砍伐、林龄效应等)和非干扰(气候变化、C02浓度、氮沉降等)因子的影响。因此,在模拟研究森林碳收支的时空演变特征时,需要综合考虑这些因子的作用。本研究旨在结合森林清查资料、遥感数据和InTEC模型(an Integrated Terrestrial Ecosystem Carbon model)研究中国森林碳收支的时空分布特征及其影响因素,减少中国森林碳循环研究的不确定性。基于这一研究目的,本文首先利用全国七次森林清查资料和实测数据改进的生物量与蓄积量转换参数估算中国森林碳储量的动态变化,分析不同地区森林面积和碳密度对碳储量的影响;研究基于森林树高遥感数据和实测数据绘制全国森林年龄图的方法,并生成数据作为InTEC模型的输入;最后根据实测数据,确定不同地区不同森林类型的净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)和林龄的关系,改进InTEC模型,利用森林年龄、参考年NPP、气象、CO2浓度、氮沉降等数据驱动InTEC模型,在以森林通量观测数据和森林清查估算结果验证模型结果的基础上,模拟1901-2012年中国森林碳收支的变化特征,分析不同因子的贡献。研究的主要结论如下:(1)我国森林碳储量从1973-1976年的4.93 Pg C增加到2004-2008年的8.12 PgC,其中林分和其他森林类型分别积累2.13 PgC和1.06 PgC。林分碳储量增加了 51.8%,1973-2008年林分总体表现为碳汇(0.07 Pg C yr-1),主要归因于森林面积的增加。20世纪70年代以来,除东北地区外,其他地区森林碳储量均呈上升趋势。在人口稠密的中南和华东地区,林分碳密度的增长是碳储量增加的主要原因;而在人口较少、土地资源相对丰富的华北、西北和西南地区,森林面积的增加是碳储量增加的主要原因。1999-2008年林分碳储量在所有地区均呈增加趋势,林分是一个较强的碳汇,平均每年以积累0.17 PgC的速率递增。在所有的森林清查中,与其所占的面积相比,我国成熟林的碳密度和碳储量比重较大。目前我国有67%的森林处于中幼龄阶段,随着它们的进一步发展成熟,我国森林将具有巨大的碳汇潜力。(2)利用遥感森林树高和实测数据获得的林龄和树高关系估算的森林年龄在省区尺度上与森林清查结果有着很好的一致性。不同区域两者的决定系数及2和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为0.87和4年,林龄偏差介于2-8年之间。31个省市的R2和RMSE分别为0.53和12年。占全国森林面积86.7%的省市的林龄估算偏差小于10年,并具有相似的林龄结构。在样地尺度上,6个省县的估算值和森林样地实测值存在显著的线性关系,R2和RMSE分别介于0.16-0.32和11-21年之间(P<0.01)。根据林龄遥感估算结果分析发现,我国森林年龄的空间异质性较大,华东和中南地区森林年龄普遍低于40年;林龄大于120年的森林主要分布于东北山区和西南亚高山地区,占森林总面积的4.7%;西藏东南部、新疆、黑龙江北部、云南、内蒙古东北部和贵州南部地区的林龄集中在60-120年之间。我国森林平均年龄为43年,标准差为16年。东北、华北、华东、中南、西南和西北地区的平均林龄分别为51年、46年、32年、26年、59年和52年。(3)通过与通量观测和森林清查比较表明,改进的InTEC模型可以较好地模拟站点水平净森林生态系统生产力(R2=0.75,RMSE=50 g C m-2 yr-,n=37)和区域尺度森林碳收支(R2 = 0.43,RMSE=2.98 Tg C yr-1,n=168)(P<0.01)。1901-2012年我国森林碳收支总体呈现先增加后减少再增加的趋势,森林植被碳收支的变化和整个森林生态系统碳收支的变化相似,但土壤碳收支的变化落后于植被。20世纪前20年碳汇大约稳定在46 Tg C yr-1;之后到20世纪70年代碳源和碳汇波动较大,表现为弱碳汇;20世纪80年代后碳汇功能稳步增强,1982-2012年平均为186.9TgCyr-1,其中68%分布在植被中,32%分布在土壤中。1999-2008年全国森林碳汇可以抵消同期能源消耗和工业过程CO2排放的12.5%。在空间上,森林碳收支的分布与森林年龄有着很好的一致性。自20世纪70年代,我国森林碳汇从华北和东北地区向华东、西南和中南地区扩张,西北地区碳汇有减弱趋势,到2000-2012年我国森林碳汇普遍增强,大兴安岭北部、长白山和西南地区的碳汇可达300gCm-2yr-1,华东和中南地区的碳汇基本在50gCm-2 yr-1以上,全国森林碳汇总量为239.3 Tg C yr-1。(4)在1901-2012年,不考虑干扰因子的作用,我国森林碳汇减少25.0 TgC yr-1;不考虑非干扰因子的作用,碳汇减少41.8 TgCyr-1。干扰因子和非干扰因子对碳收支的影响具有明显的年代变化特征和区域差异。干扰和非干扰因子在大多数年代均对森林碳汇具有促进作用,其中在2000-2012年对碳汇的贡献最大,分别为101.3 Tg C yr-1和90.2 Tg C yr-1。华北、华东和西南地区在20世纪的前50年和80年代后干扰因子的作用大于非干扰因子;东北和中南地区非干扰因子的作用基本大于干扰因子,但在东北地区忽略干扰因子的作用,碳汇高估现象严重(36.9%);西北地区干扰因子对碳汇的贡献占主导作用。在单个非干扰因子中,C02浓度和氮沉降能够增强碳汇,而气候变化对NBP的影响年际间波动比较大,总体表现为碳源。他们对森林碳汇的贡献分别为21.4、15.4和-13.3 TgC yr-1,而干扰因子对森林碳汇的贡献是25.0 Tg C yr-1。干扰因子在大部分地区对森林碳收支的贡献大于单个非干扰因子,而在中南地区CO2浓度和氮沉降对森林碳汇的贡献大于干扰因子。