森林储存了陆地生态系统约45％的有机碳，其年固碳量约占陆地生态系统固碳总量的三分之二。因此，通过增加森林碳贮量在当前被认为是抵消人类活动CO2排放的最有效、最经济的途径之一。本研究结合文献收集数据和野外调查数据，探讨了中国森林植被和土壤固碳现状和固碳潜力，分析了森林植被和土壤碳密度的空间分布格局和控制机制;基于森林演替理论构建了以实测数据作为初始输入参数的森林固碳模型，并结合未来3种气候模式，预测了2015-2050年间中国不同森林类型和不同省份的植被和土壤固碳速率。研究结果如下:　　(1)2010年间中国森林植被和0-100 cm土壤碳密度分别为69.23 Mg C ha-1和116.52Mg Cha-1。以成熟林为参照，中国森林植被和土壤的饱和碳密度预计将达到129.26 MgC ha-1和154.39Mg C ha-1，潜在的最大碳贮量分别为22.86 Pg C和28.51Pg C，植被和土壤碳密度的潜在增量将达到87.1％和32.4％。植被碳贮量的潜在增量(10.81Pg C)约为土壤的两倍(5.01 Pg C)。　　(2)森林植被碳密度随着纬度的增加而减小，土壤碳密度却表现为相反的趋势;该趋势在成熟林（林龄＞80）中表现尤为明显;此外，这种纬度格局会随着统计尺度（样点、2°到5°纬度范围）的增加而增强;然而，森林生态系统碳密度（植被+土壤）没有表现出明显纬度格局。森林碳密度分配比例（植被:0-100 cm土壤）与纬度表现为负的对数关系(R2=0.78，P＜0.01)，比例范围由中国南部的1.55降低到北部的0.31。气候因素不仅控制着植被和土壤碳密度的纬度格局（对植被正效应，对土壤负效应），还控制着森林碳密度分配比例的纬度格局。因此，在未来的森林固碳模型中，气候对森林植被和土壤碳密度的相反影响应该被充分考虑。　　(3)Logistic生长方程能很好地刻画天然林和人工林的植被生物量增长规律。本研究基于大量实测数据，发展和验证了新的以演替理论为基础的森林固碳模型(FCS-SS模型)。模型模拟结果表明:在保持现有森林面积不变和较低的人为干扰情景下（森林处于自然演替状态），2010-2050年中国森林植被碳贮量还可增加13.92 Pg C，其平均固碳速率为0.34 PgCyr-1;不同森林类型的固碳速率差异显著，最大的贡献者是落叶阔叶林（约37.8％），然而最小的是落叶针叶林（约2.7％）。此外，森林0-20 cm土壤碳贮量将增加7.52 Pg C，其平均固碳速率为0.19 Pg Cyr-1。尽管植被和土壤的碳贮量在未来都会逐渐增加，但是其年均固碳速率均可能将在2020年左右达到最大值。未来植被固碳速率可能仅仅能抵消6-8％的碳排放速率。此外，发达省份的植被固碳速率和碳排放速率呈现负相关，这意味着在碳排放交易市场上，发达省份应向不发达省份提供碳贸易补偿。　　本研究通过对森林固碳的理论探讨、机制分析和模型模拟，较系统地揭示了中国森林固碳现状、固碳潜力和固碳速率。其研究结果不仅将有助于人们认识中国森林在应对全球气候变化的重要作用，而且将为各省在植树造林计划、碳排放交易权以及低碳经济中提供重要的参考。此外，本研究还提供了一种定量化和动态化估算不同区域森林固碳速率的模型，将有助于实时地预测森林植被和土壤对全球气候变化的响应。