自上世纪80年代以来,随着卫星观测技术的不断进步,观测显示全球植被绿度呈现显著的上升趋势,其与全球变暖、海平面上升以及大气二氧化碳浓度升高一起,佐证了人类活动对地球系统的影响。陆地生态系统是地球碳氧循环的重要组成部分,而全球变绿造成的生态系统变化势必会对现代碳氧循环发生扰动,进而影响到地球系统的宜居性。本文在前人工作基础上,从全球与区域尺度上分析了全球变绿下,陆地生态系统碳氧循环过程的响应,并预估了未来影响。一方面,我们分析了全球变绿现象的时空特征,探索了变绿与碳沉降变化的协同作用。另一方面,我们首次建立了长期的全球陆地生态系统产氧数据集,探究了未来情景下陆地产氧量增加的可能机制。最后,我们基于对一个半干旱草地生态系统的全年观测实验,探究了半干旱区草地生态系统氧化比的季节变化,分析了影响其的环境因子,对生态系统产氧固碳的现状与未来变化进行了修正。通过研究,本文主要研究结果如下。（1）揭示了全球变绿下的陆地生态系统固碳变化,并探究了土壤呼吸对陆地生态系统的调制作用。在全球变绿背景下,陆地生态系统固碳在过去20年呈上升趋势。人为植树造林与生态工程,尤其是落叶人工林的种植,有益于生态系统固碳能力的增强。但是,区域分析显示土壤异养呼吸也在同时增加,抵消了大部分净光合作用的增长作用。在未来情景下,全球变绿仍将继续,生态系统固碳整体呈上升趋势,但陆地碳沉降与叶面积指数的协同分析显示绿化但固碳能力下降的区域分布相当广阔,且在SSP245情景下状况更糟。本文的研究证实了变绿不等同于固碳能力增加,异养呼吸在未来将会剧烈增长,影响到区域陆地生态系统的固碳能力。（2）探究了现代氧循环中陆地产氧的现状,分析了未来全球变绿下陆地生态系统的产氧响应。陆地生态系统产氧是现代氧循环中重要的氧源,每年产氧量可达7.10±0.38 Gt,产氧分布从低纬向两极逐渐减少。未来情景下随着全球变绿,陆地生态系统将产出更多的氧气。在中低纬产氧较多的地区,陆地产氧将进一步增加;而在高纬和荒漠附近等低产氧地区,陆地产氧将进一步恶化,甚至成为氧汇。SSP245和SSP585情景中显示了陆地生态系统产氧能力下降/停滞的趋势,分析原因发现,净光合产氧过程的促进作用在21世纪50年代后将逐渐停滞甚至下降,但是伴随土壤温度和湿度的增加,土壤呼吸耗氧将在未来情景持续增加,这可能会威胁到陆地生态系统安全。（3）设计半干旱草地碳氧循环联系观测实验,分析植被和土壤样品的元素季节变化并计算半干旱草地生态系统的氧化比。观测指出植被活体、凋落物、根以及土壤样本的氧化比均有明显的季节变化,但是不同样本的季节变化位相不同。其中,植被活体、凋落物与土壤样品的氧化比会在夏季达到最高,而根部样品会在冬季达到最高。最后计算得到半干旱草地生态系统氧化比年平均值为1.08±0.02 mol/mol,要高于前人观测得到的结果。其中,根据元素季节变化,与氧化比变化最为一致的元素为氮元素,这证实了氮元素是调制碳氧循环的重要元素,氮循环的加入有利于提高气候耦合模式对陆地生态系统碳沉降的模拟结果。（4）分析了生态系统氧化比与环境因子、植被因子之间的关系,建立了氧化比和环境因子之间的关系方程式。以观测资料与关系方程式补充了陆地产氧与碳沉降的估计。在用观测数据替换中国半干旱区氧化比后,全国总产氧量的估计上升了约6.3%,而若将观测数据扩展使用到整个中纬度半干旱区,全球的总产氧量估计将上升8.9%。用大气氧气与二氧化碳浓度变化估计陆地与海洋碳沉降,在替换新的陆地生态系统氧化比之后,陆地固碳的估计会上升4.76%。温度和降水是调控氧化比的主要气候变量,在未来全球变暖趋势下,氧化比将进一步升高,对未来陆地生态系统产氧起到促进作用。综上,本文沿着“特征分析-机制探索-观测补充”的框架,系统地开展了气候变化对陆地生态系统碳氧循环过程影响及其未来响应预估的研究,利用卫星、野外观测和模式等多源数据分析了调制碳氧循环相应的过程与可能机理。本文为更好了解现代碳氧循环做了补充,有助于定量估计陆地生态系统产氧与碳沉降,尤其是对于制定出更适合实现“碳中和”目标的策略有积极作用。