过去不同气候条件下陆地生态系统植被演替和碳库变化规律，是预测未来全球增暖情形下陆地生态系统碳循环趋势的重要基础。本研究基于我国季风区植被类型和气候特征，建立了新的植被类型生物群区化方案，并实现末次盛冰期以来北方沙漠区植被时空演替的定量化重建。末次盛冰期，沙漠范围最大，为荒漠植被；冰消期以来，随着全球温度升高，沙漠向北收缩，草原植被扩张；全新世中期（全球温度比现在高约1-2ºC），我国东部沙地基本被草原或森林草原所覆盖，西部沙漠则略有收缩；全新世后期，东部沙地再次扩张，植被退化发展到现在格局。由于植被演替所指示的干湿过程滞后于低纬太阳辐射、大气CO2浓度和北半球高-低纬温度梯度的变化，而与海平面升高具有很好的一致性，因此海平面上升可能是导致我国北方沙漠区变湿的重要因素之一。原因在于我国广泛发育浅的大陆架随着盛冰期以来海平面升高，导致北方沙漠区离海洋的距离显著减少，使得更多水汽能到达内陆沙漠区。. 在第一代陆地生态系统古碳循环模型（PCM1.0）基础上，新增植物碳同位素分馏模拟，发展了第二代模型（PCM2.0），新模型能更加准确模拟植被和土壤碳库的变化。结合本研究完善的我国第四纪孢粉数据库，获得不同气候条件下我国陆地生态系统碳库变化特征。从末次盛冰期到全新世中期，碳库增加~25 Pg C（北方沙漠区增加~7 Pg C），表现为“碳汇”；而从全新世中期到现代自然状态，碳库则降低~15 Pg C（北方沙漠区减少~3 Pg C），表现为“碳源”；揭示末次盛冰期以来我国季风区陆地生态系统碳库变化对全球碳循环具有重要的影响，对全新世中后期大气CO2浓度升高具有一定的贡献，全球温度升高将导致我国碳库增加。上述结果为我国陆地生态系统，尤其是季风边缘干旱-半干旱区，在未来全球变暖背景下碳循环的“源汇”效应提供了自然演化的参考。