城市化是20世纪到21世纪全球最重要的土地利用变化过程之一，显著地影响了包括碳循环在内的全球地化循环。然而在迄今为止的区域和全球尺度的环境变化和碳平衡研究中，城市化过程产生的效应很少被考虑到。这一方面是因为传统生态学家少有人关注城市生态系统的过程和功能，也因为城市化的空间复杂性和过程动态性使一些经验性的传统生态学方法很难发挥作用。针对这些局限，中国科学院新疆生态与地理研究所张弛研究员采用生态系统过程模型为手段，在区域尺度上研究了长期城市化过程（1945-2007）对美国南部13个州区域碳循环动态的影响，并分析了其相关因素。
研究表明研究区域的城市生态系统的碳储量已经达到甚至超出了很多自然生态系统，如农田和干旱灌丛的碳储量水平。这主要是因为近几十年来城市建成地面积迅速扩张所致，而且美国南部城市生态系统（植被和土壤）的碳密度高于农田和灌丛的全球平均水平。尽管如此，城市化对森林地区的碳积累有负面效应。因为研究区域覆盖了大量森林植被，所以过去63年间城市化在美国南部是个失碳过程。进一步分析又表明，由农田和干旱区域转化的城市区域很可能带来碳汇效应。这个发现同以往的观测性研究结论是一致的。并且，本研究还发现城市生态系统在土地转化完成后逐渐表现出较强的固碳功能，城市生态系统碳密度同城市建立时间有显著正相关。这意味着城市化的干扰虽然造成了大量碳排放，但是城市生态系统本身则是碳汇。随着时间增加，城市化速率减缓，城市生态系统的碳储量有望恢复到土地转化以前的程度，从而意味着城市化从长远（百年以上）尺度上对区域碳积累有正面或者中性的效应。本研究也表明可以通过合理管理利用城市植被来部分弥补因化石燃烧带来的城市碳排放。
本研究是迄今为止在区域尺度上唯一全面反映了城市生态系统结构（空间异质格局）、环境（多因子互相作用）、和生态过程（碳、氮、水循环的耦合作用）动态的复杂性的研究，也是少数量化分析长期城市化过程对区域碳循环的影响的研究。在此之前有关研究中存在的过度简化城市生态系统结构和动态的局限在本研究中得到了改进。
相关研究发表于Impacts of urbanization on carbon balance in terrestrial ecosystems of the Southern United States，Environmental Pollution，Volume 164, May 2012, Pages 89–101。
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