森林生态系统作为一个巨大的碳库,在陆地碳循环中扮演着重要的角色。森林生态系统光合作用与呼吸作用的微小变化都会对大气中C02浓度变化产生显著影响。因此,森林生态系统碳源/汇的定量研究至关重要,迫切需要我们建立和应用可信度更高、适宜性更强、更简单的森林生态系统碳循环模型,准确地估测森林生态系统的碳分布情况。目前森林碳循环模型有20多种,包括IBIS、Biome-BGC、SiB3、BEPS、CASA、LPJ等,但是这些模型均没有考虑人为活动、土地利用和林地覆盖变化对森林生态系统碳循环的影响,也没有考虑到林龄对森林生态系统净初级生产力的影响,模拟的森林生态系统碳动态变化时间尺度较短,本研究采用适合模拟中长期碳循环的InTEC模型来模拟东北森林的碳源/汇分布。InTEC模型是将森林生态系统碳、氮、水耦合起来的生物物理化学过程模型,它考虑了气候、大气成分及干扰对森林生态系统碳动态的影响,模拟了碳水循环对这些影响的响应。本研究以中国东北三省(辽宁、吉林和黑龙江)森林植被为研究对象,利用植被覆盖类型、气象、林龄、叶面积指数和土壤数据,应用生物物理化学过程模型InTEC,对1901-2009年东北森林植被净初级生产力(NPP)、净生态系统生产力(NBP)进行模拟,并分析NBP的时空格局和东北森林碳源/汇的分布。修改了模型中NPP与年龄的关系模拟模块,使其更适应中国东北森林。研究还对模型中生理化学参数进行敏感性分析,根据敏感性分析结果采用迭代优化算法更新模型的参数,以便于准确估算森林生态系统碳动态变化。最后,定量评价非干扰因素(气候、大气CO2浓度、大气N沉降)及干扰因素(火灾、病虫害及砍伐)对森林生态系统碳源／汇分布的影响。本研究具体贡献及结论：1、模拟了东北森林主要树种NPP与年龄的关系,验证了现有在美国和加拿大的相关研究,填补了中国东北森林相关研究的空白,为InTEC碳循环模型在中国东北森林应用提供了重要的基础数据。2、气候变化、CO2施肥、氮沉降及干扰使得东北森林每年NPP有所增加,大兴安岭和长白山区域森林NPP较高,小兴安岭次之。3、1920年森林受到火灾病虫害和砍伐的干扰,东北林区成为一个碳源,NBP降低到-140gC·m-2·a-1。近些年(1995-至今)东北森林NBP开始增加,东北森林是一个大的碳汇库。大兴安岭和长白山区域森林NBP较高,固碳能力强,小兴安岭次之。4、土壤碳库的源汇作用主要取决于历史干扰情况及大气温度和降水的变化,东北森林土壤是一个巨大的碳汇。5、大气CO2浓度对森林NPP、NBP的影响是正反馈；大气N沉降变化使森林平均NPP在这109年内增加了6gC·m-2·a-1,平均NBP基本保持不变。6、非干扰综合因子对森林NPP的影响是正反馈,由非干扰因子引起的森林总NPP增加占NPP总量的17%。只考虑非干扰因子变化对森林生态系统NBP影响,统计发现东北森林平均NBP从工业前期到2009年只有很小的增长,增加0.8gC·m-2·a-1。因此,不考虑干扰,非干扰因子对东北森林生态系统固碳影响很小,适当干扰会增加森林生态系统固碳能力。7、只考虑干扰变化的影响时,东北森林生态系统NPP、NBP均有所增加；不考虑干扰,NBP的估算在109年间下降60%。因此,适当干扰对森林生态系统固碳能力有积极影响。