当前全球年均温相对于前工业化时代已经升高了约1.0℃，如果全球气温按照当前的速度继续上升，那么在2030年–2052年之间，全球年均温极有可能会升高1.5℃。因此全面了解全球碳循环收支对全面了解地球系统及遏制全球气温的持续升高极其重要。然而当前碳循环收支并不平衡，岩石风化碳汇，特别是千年尺度内活跃的碳酸盐岩风化碳汇可能是碳失衡的一个来源，而且风化碳汇对气候变化和生态系统模式的改变非常敏感。当前在大尺度上风化碳汇的量级、空间分布模式、时空演变特征及其对全球变化及生态修复的响应关系还缺乏统一的认知。而中国是全世界碳酸盐岩分布最广泛、面积最大的国家之一，因此，充分了解我国以及全球尺度碳酸盐岩化学风化碳汇的量级、空间分布、时空演变特征以及典型喀斯特区域风化碳汇对全球变化及生态修复的响应，对全面系统地解读地球系统的化学过程，平衡碳循环收支、探明遗失碳汇可能的来源等问题具有相当重要的意义。针对上述问题，本文首先以中国典型碳酸盐岩类型即石灰岩区域为研究对象，利用融合机器学习的离子活度系数计算模型与碳酸盐岩热力学溶蚀过程模型，对2000年至2014年中国石灰岩区域的化学风化碳汇进行估算，并系统探讨其空间分布特征、时空演变特征，再对多个类型的碳酸盐岩风化碳汇效应进行评估；其次，针对我国西南典型的喀斯特槽谷，利用Lindeman-Merenda-Gold模型定量评估气候变化及生态修复因子对槽谷CSF的具体贡献，并将槽谷与黄土高原及珠江流域进行对比以辨析不同气候、水文及生态背景下的区域碳汇演变驱动机制；最后基于全球257个流域地球化学监测数据以及全球尺度气候水文生态数据，估算全球碳酸盐岩风化碳汇量，并探讨其在全球碳循环中的具体贡献。主要的研究结果如下：（1）2000~2014年我国石灰岩风化碳汇年均通量为4.28 t C km-2 yr-1，呈现出由西北向东南区域逐渐增加的态势；在纬度上，中国南方28.14°N以下是通量波动最大的区域，但整体上通量随着纬度的降低而呈现出增加的趋势；在气候带上，亚热带与热带区域是通量最大的区域，对于寒带、中温带、暖温带以及温带区域，荒漠气候带是这些气候类型中通量最小的区域，而草原气候带及阔叶林气候带是通量最大的区域。利用基于像元的趋势分析法对我国石灰岩风化碳汇通量的演变情况进行分析，发现我国轻微增加和基本稳定的风化碳汇通量的总面积（103.64万km2）占到石灰岩面积的62.71%，整体而言，中国石灰岩风化处于轻微增加的状态，其通量增长速率约为0.036 t C km-2 yr-1。（2）全国石灰岩风化碳汇总量约为7.07 TgC yr-1，中国石灰岩风化碳汇总量在研究期间处于波动的状态，在2002、2008及2010年为总量最大的三个年份，在2004、2009及2011年其量级处于较低的水平，且在2011年总量最低，整体而言处于轻微增加的趋势，总量增加的速率约为0.06 TgC yr-1。其中，西藏（1.20 TgC yr-1）是我国石灰岩风化碳汇最大的行政区，南方岩溶区为我国石灰岩风化碳汇最大的岩溶分区（4.95 TgC yr-1），其碳汇占到中国石灰岩风化总碳汇的70.01%。基于不同类型碳酸盐岩风化碳循环差异及其关系计算得到中国226.59万km2碳酸盐岩的风化碳汇总量可达11.37 TgC yr-1，其通量约为5.02 t C km-2 yr-1，中国碳酸盐岩风化碳汇相当于中国生物量碳汇的16.20%，这说明碳酸盐岩风化碳汇是我国陆地碳汇系统中的重要组成部分。此外，排除径流深为负值区域的干扰，中国碳酸盐岩风化碳汇通量可达6.54 t C km-2 yr-1。（3）槽谷的年均CSF约为9.42 t C km-2 yr-1，研究期间内处于增加的状态，其年均增长速率约为0.2 t C km-2 yr-1，CSF增加区域的面积占比约为89.28%，槽谷CSF受到气候变化因素（降雨、蒸散发、温度）及生态修复2方面的影响，其中降雨、温度及生态修复反馈因子FVC对CSF呈正面影响，ET对CSF呈负面影响，降雨对于研究区CSF的贡献率最大，达到了70.36%，其次为蒸散发，其贡献率约为11.72%，FVC及温度对于CSF的贡献率分别为10.63%和7.29%。珠江流域年均CSF约为10.34 t C km-2 yr-1，黄土高原CSF相对较低，约为1.44 t C km-2 yr-1，研究期间均表现为增加趋势，珠江流域与黄土高原CSF的增速分别为0.07 t C km-2 yr-1和0.05 t C km-2 yr-1。无论是干旱区还是湿润区域，降雨都是影响碳酸盐岩风化碳汇最主要的影响因素，但是降雨在湿润区域的贡献率更显著；在干旱区蒸散发的影响要更加明显，越是湿润的区域，蒸散发的贡献越低；温度对碳酸盐岩风化过程的影响相对较为复杂，过高的温度和过低的温度对 CSF的贡献均较低；植被恢复对岩石风化过程具有促进作用，在较干旱和植被覆盖度较差的北方，FVC对CSF的贡献相较于湿润和植被覆盖情况较好的南方更显著。（4）对全球2000年至2014年的碳酸盐岩风化碳汇的估算，模型估算风化碳汇通量与全球56个流域实测结果相关系数达0.92，P<0.001，拟合结果与实测结果的偏差仅为-0.08 t C km-2 yr-1，RMSE仅为1.17 t C km-2 yr-1，通过与2000年至2014年0.05°中国石灰岩地区的风化碳汇通量的对比结果表明，在中国碳酸盐岩区域，全球尺度模型计算结果与对比研究数据相关系数R达到了0.90，P<0.001，偏差约为2.38 t C km-2 yr-1，RMSE为4.71 t C km-2 yr-1，模型计算结果整体精度较高。（5）2000年至2014年全球喀斯特区域年均CSF约为3.08 t C km-2 yr-1，全球范围内碳酸盐岩露头区CSF高值主要分布在会促进溶蚀过程发生的温度和降雨都较丰富的赤道附近地区。低值主要分布在水文条件较差的亚洲中部及非洲北部的高原及沙漠地带，以及北半球的寒冷地带。其中CSF在2 t C km-2 yr-1以内的区域面积占比最大，超过了60%，总体而言，全球碳酸盐岩风化碳汇以通量在10 t C km-2 yr-1以内的区域占主导，其总面积比约为92%。（6）赤道以南0°–10°S范围内拥有全球最大的碳酸盐岩化学风化碳汇通量，该纬度带范围内CSF均值约为16.56 t C km-2 yr-1。在北半球，10°N–30°N之间的碳酸盐岩风化碳汇通量相较于其他纬度带而言，整体上处于较高的水平，中国南方岩溶区是北半球10°N–30°N内碳酸盐岩风化碳汇通量的主要贡献者。北半球20°N以北的区域是全球喀斯特分布面积最多的区域，该区域内全球碳酸盐岩分布面积达到了1734.21万km2，而20°N以南全球碳酸盐岩分布总面积仅为20°N以北区域碳酸盐岩面积的16.81%。在全球尺度的碳酸盐岩风化碳汇方面，北半球中高纬区域（20°N以北）是主要的贡献区。（7）全球碳酸盐岩风化碳汇通量最大值出现在赤道附近的热带雨林气候带，最低值出现在干旱气候区域。全球碳酸盐岩溶蚀碳汇通量15年均值大于8 t C km-2 yr-1的气候带主要为热带雨林气候（28.46 t C km-2 yr-1）、热带季风气候（13.15 t C km-2 yr-1）以及亚热带湿润气候（9.16 t C km-2 yr-1）。半干旱气候（1.67 t C km-2 yr-1）、冻原（1.32 t C km-2 yr-1）和干旱气候带（0.15 t C km-2 yr-1）是碳酸盐岩风化碳汇通量最小的气候带。热带雨林气候CSF增加速率最大，约为0.73 t C km-2 yr-1。热带草原气候带中的碳酸盐岩化学风化碳汇通量处于持续的减少过程，从2000年至2014年，CSF减少了65.74%，其减少速率达到了0.25 t C km-2 yr-1。（8） 2000年至2014年，全球碳酸盐岩风化碳汇总量约为62.27 TgC yr-1。亚洲碳酸盐岩分布面积最大，达944.32万km2，每年贡献了全球碳酸盐岩风化碳汇总量的47.42%，约为29.53 TgC。中国碳酸盐岩面积仅占亚洲碳酸盐岩分布面积的31.15%，但是其年均风化碳汇（13.76 TgC yr-1）却是亚洲碳酸盐岩风化碳汇最大的贡献者，占到亚洲风化碳汇总量的46.6%。北美洲碳酸盐岩分布面积达497.17万km2，占全球喀斯特分布的24.63%，其年均碳酸盐岩风化碳汇总量约为19.13 TgC，贡献了全球碳酸盐岩风化碳汇总量的30.72%。欧洲碳酸盐岩分布面积约为245.57万km2，占到全球碳酸盐岩面积的12.16%，其年均风化碳汇总量约为7.47 TgC。非洲、南美洲及大洋洲等区域的碳酸盐岩面积达331.7万km2，产生的风化碳汇总量共计6.68 TgC，占全球风化碳汇的10.73%。碳酸盐岩风化碳汇约占全球碳收支不平衡量（0.6 PgC yr-1）的10.38%，可能这个量级对于全球碳循环系统来说并没有那么重要，但是对于喀斯特分布较为广泛的区域，如中国南方岩溶区等，其化学风化过程对当地的生态系统、水循环过程等具有极其重要的影响。