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陆地生态系统是全球碳循环的又一重要碳库，其储存的碳超过2000 Gt,每年向大气中排放2.6 Gt C,植物光合作用每年固定有机碳达102 Gt CO 2 ，每年净吸收1~2 Gt CO 2 。陆地生态系统-大气的碳通量取决于光合作用、呼吸作用和土壤微生物之间的平衡，这些过程受温度、降水、土壤质地和养分供应的强烈影响。据WBGU估计，全球陆地生态系统中的碳有46%储存在森林中,23%储存在热带和温带草原中，其余的碳储存在耕地、湿地、冻原、高山草地及沙漠半沙漠中。
陆地表面有广泛的人类活动干扰，极易影响生态系统碳的储存，从而影响大气与生态系统之间的碳平衡。尽管陆地生态系统是人类所最熟悉的环境，但是，陆地生态系统对全球碳循环的影响程度还难以准确把握，这是因为陆地生态系统对全球碳循环的贡献受人类对地表的改造状况（如森林、草地改造为农田可导致CO 2 向大气中的净释放）和生态系统净生产力（如大气CO 2 浓度升高，可引起生产力的提高，从而吸收更多的CO 2 ）的影响。
全球多数陆生植物生长受到CO 2 浓度的制约，如伴随大气CO 2 浓度的升高，植物的光合作用和生长也随之加快。根据这一机理,Quay等推测：根据过去16 万年以来气候-大气CO 2 浓度-植被演变的关系分析，人类活动造成大气CO 2 浓度升高，导致陆地植物更加繁茂，陆地植物和土壤圈将成为全球碳循环的一个大的汇。通过对全球43个观测网点1992~1993年的大气中CO 2 的 13 C/ 12 C比率的资料进行分析，发现北半球中纬度地区存在一个强大的陆地生物碳汇，其尺度近似于由化石燃料燃烧所释放的CO 2 量的一半。
全球森林生态系统中约储存了1146 Gt C,每年向大气中释放1.6±0.4 Gt C。其中森林生态系统的碳有一半储存在寒冷地区的北部森林中（84%在土壤中），热带森林和温带森林分别占到37%和13.8%。按全球平均值计算，森林生态系统39%的碳储存在森林土壤及其有机层中，其余的碳储存在植被中。
人类在较长的时期内一直在利用并改造着遍布全球的森林资源，进行着毁林、造林、再造林的活动。大面积的森林转化为草地、耕地、次级森林或林用种植园。据计算，热带地区种植园的生物量比自然森林低20%~50 %，次级森林及不定期砍伐森林的木本生物量比同区的自然森林低30%~80 %，温带地区生产性森林的生物量也比同区的自然森林低40%~50%。形成生产量降低的原因是管理森林收获提前，平均而言，在经过数个生长-收获的周期后，管理森林的碳储量仅是未干扰绿地或初级森林的30%。
Woftsy等人观测了马萨诸塞州中部落叶阔叶林生态系统在1990年4月~1991年12月期间的CO 2 净交换，测算出该系统每公顷每年生产11.1 t C,其呼吸量为7.4 t C,净吸收固定量为3.7±0.7 t,此吸收水平显著高于过去对温带森林碳吸收率的假定值，这表明温带森林对全球碳循环平衡具有重要意义。虽然有理由相信CO 2 对植物生长有促进作用，但陆地生态植物生产力不可能成比例增加，尤其是以谷物等为代表的植物的光合作用速率增长幅度有限。
草原生态系统（含热带草原、温带草原、冻原及高山草原）是世界陆地生态系统的主体类型，面积共44.5亿hm 2 ，所储存碳量为761 Gt,其中89.4%储存在土壤中，其余在植被中。由于土地利用格局的变化（如开垦为耕地）和人类生产活动（如过度放牧、烧荒），使得草原生态系统中储存的碳大量释放；或者相反，由于退化草地生态系统的恢复或面积的扩大将增加对CO 2 的固定。草原生态系统中有机碳（茎、叶等）的转化方式与森林生态系统有所不同。草类植物地上部分在枯死后，并不落到地面，而是以立枯形式存在，经过一段时间后（1~3年）才能落到地面，参与进历时较长的有机质的腐烂转化。另外，草类植物经过家畜及一些动物（野生植食动物以及昆虫等）进食，转化为粪便进入枯枝落叶层。因此，草原生态系统初级生产力所固定的碳具有两个去向：①立枯阶段的微生物呼吸与光化学分解；②草原动物的采食。由于地区和畜牧水平的不同，各地草原的草原碳损失量存在很大差异，放牧是其中最为活跃的因素，如在欧洲的一些半天然牧场，家畜采食量可占到草原净生产力的85%。
关于草地凋落物现存量的研究较少，据初步估计，草原地上生物碳量（含活体和立枯）在38.7~1432.7 gC/m 2 之间，其中以热带草原群落中碳储量平均水平最高，变异程度也较大，各主要类型温带草原的碳储量水平比较接近；凋落物库中碳的储量约在30~400 g/m 2 之间，平均水平要稍高于地上部分生物量的水平；各种草地群落地下生物量中碳量分布范围在20~2100 g/m 2 之间。就草原生态系统的总碳量而言，欧亚温带草原的碳量最高，热带草原次之，北美温带草原最低。