森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地中重要的碳匯和碳源，在這個(gè)系統(tǒng)中，森林的生物量、植物碎屑和森林土壤固定了碳素而成為碳匯，森林以及森林中微生物、動(dòng)物、土壤等的呼吸、分解則釋放碳素到大氣中成為碳源。如果森林固定的碳大于釋放的碳就成為碳匯，反之成為碳源。在全球碳循環(huán)的過程中，森林是一個(gè)大的碳匯，但隨著森林破壞、退化的加劇以及一些干擾因素（如火災(zāi)）的影響，森林生態(tài)系統(tǒng)就可能成為碳源，這將更加劇全球的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致生態(tài)的進(jìn)一步惡化。通過國(guó)內(nèi)外的一些研究表明，溫帶和北部寒帶森林是碳匯，如北方森林每年凈吸收碳量為0.4～0.6Pg碳，俄羅斯森林每年固碳0.36～0.45Pg碳。在溫帶，森林每年凈吸收碳量為0.17～0.35Pg碳，美國(guó)東南部的森林生態(tài)系統(tǒng)每年固碳0.07Gt碳。而熱帶森林地區(qū)由于過度砍伐森林以及土地利用方式的改變已成為碳源，在1980年向大氣凈釋放了1.0×105～2.6×105g碳。 

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，植物首先通過光合作用吸收二氧化碳生成有機(jī)質(zhì)貯藏在體內(nèi)（Gp），這是森林吸收碳素的過程。而后，通過植物自身的吸收作用要釋放出一部分碳素（Ra）。另外，植物還會(huì)以枯枝落葉、根屑等形式把碳貯藏在土壤中，而土壤中的碳有一部分會(huì)被微生物和其他的異養(yǎng)生物通過分解和呼吸釋放到大氣中（Rh）。森林生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間的碳通量是森林生長(zhǎng)過程中固定的碳和干擾過程中釋放碳之間的差值。森林生態(tài)系統(tǒng)的凈生產(chǎn)量（NEP）可用下面的公式表示：NEP=Gp-Ra-Rh，如果在自然生長(zhǎng)狀態(tài)下，按上面這個(gè)公式計(jì)算，一般森林生態(tài)系統(tǒng)的NEP為正，是個(gè)碳匯。然而，由于人類活動(dòng)的干擾和破壞，尤其是對(duì)熱帶森林的亂伐或把其變成為用地等行為就會(huì)使森林生態(tài)系統(tǒng)的NEP為負(fù)，從而成為碳源，這應(yīng)該引起人類的關(guān)注，采取有效措施防止森林變成碳源，從而緩和和扭轉(zhuǎn)全球氣溫變暖的趨勢(shì)。我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)在陸氣系統(tǒng)碳循環(huán)中表現(xiàn)為碳匯，其NEP值為0.48Pg碳。

從人類認(rèn)識(shí)到溫室氣體尤其是二氧化碳濃度的升高會(huì)使全球氣溫變暖，從而帶來一系列嚴(yán)重生態(tài)問題時(shí)，就展開了對(duì)碳素循環(huán)的研究。而森林生態(tài)系統(tǒng)作為吸收二氧化碳釋放氧氣的一個(gè)大碳匯，在碳循環(huán)中起著非常重要的作用。全球森林面積為41.61億公頃，其中熱帶、溫帶、寒帶分別占32.9%、24.9%和42.1%。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)地上部的碳為562Gt，森林生態(tài)系統(tǒng)地上部的含碳量為483Gt，占了86%。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)地下部含碳量為1 272Gt，而森林地下部含碳約927Gt，占整個(gè)世界土壤含碳量的73%。森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用主要取決于以下幾個(gè)方面： 

生物量。森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量貯存著大量的碳素，如按植物生物量的含碳量為45%～50%計(jì)，那么整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量將近一半是碳素含量。森林的生物量與其成長(zhǎng)階段的關(guān)系最為密切，一般森林據(jù)其年齡可分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林/過熟林，其中碳的累積速度在中齡林生態(tài)系統(tǒng)中最大，而成熟林/過熟林，其中碳的累積速度在中齡林生態(tài)系統(tǒng)中最大，而成熟林/過熟林由于其生物量基本停止增長(zhǎng)，其碳素的吸收與釋放基本平衡。從森林的年齡結(jié)構(gòu)來估算吸收碳素的潛力是決定森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的一個(gè)主要方面。

林產(chǎn)品。森林生態(tài)系統(tǒng)林產(chǎn)品的固碳量是個(gè)變化很大的因子。一般林產(chǎn)品根據(jù)其使用壽命可分為短期產(chǎn)品和長(zhǎng)期產(chǎn)品。像燃料用木、紙漿用木等屬于短期產(chǎn)品，而膠合板、用木則屬于長(zhǎng)期產(chǎn)品。林產(chǎn)品使用壽命的長(zhǎng)短在很大程度上也決定著森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。

植物枯枝落葉和根系碎屑。這一部分含碳量在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中占的比例雖少，但也是一個(gè)不容忽略的碳庫(kù)，減緩它的沉淀和分解對(duì)于森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳量也起到一定的作用。 

森林土壤。這是森林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差別，在北部森林中森林土壤占有84%總碳量；溫帶森林土壤中的碳占到其總碳量的62.9%；在熱帶森林中，土壤中的含碳量占整個(gè)熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯量的一半。全球森林土壤的含碳量為660～927Gt，是森林生態(tài)系統(tǒng)地上部的2～3倍。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都認(rèn)識(shí)到森林土壤碳庫(kù)的重要作用，紛紛對(duì)其展開研究。目前，研究土壤碳庫(kù)及其碳循環(huán)和全球變化已成為土壤學(xué)的一個(gè)新的發(fā)展方向。