冻土中储存着大量有机碳，约占全球土壤有机碳储量的一半以上，是陆地生态系统中最大的碳库。全球变暖背景下冻土融化现象普遍发生，很可能导致冻土中封存的大量有机碳被激活并被微生物分解释放，引起陆地生态系统碳循环与气候变暖之间的正反馈。然而，学术界对于冻土碳的释放潜力及其与气候变暖反馈关系的认识还存在很大不确定性。特别是关于冻土区土壤有机碳库的大小、动态及其分解的温度敏感性等基本问题还没有得到解决。为此，本研究选择世界上最大的高寒冻土分布区-青藏高原作为研究对象，基于大尺度野外调查和室内培养实验，整合了气候、遥感、野外监测等多源数据，并结合支持向量机、蒙特卡罗模拟、结构方程模型及线性混合模型等统计手段，系统地评估了该区域3m深度土壤有机碳库的大小和分布特征，揭示了近10年间土壤有机碳的动态变化及其驱动因素，解析了表层土壤CO2释放速率的大小及其温度敏感性的调控因子。本论文的主要结果如下:　　在冻土区土壤有机碳库估算方面，通过在研究区开展连续两年(2013-2014)的大范围取样，构建了包含342个3m深度和177个50cm深度土壤剖面的有机碳数据库，发展了一套将卫星遥感、气候要素和土壤信息等多源数据与支持向量机和蒙特卡罗模拟相结合的碳库估算方法体系，在此基础上评估了青藏高原3m深度冻土碳库的大小及其分布特征。结果显示:青藏高原3m深度冻土碳库大小为15.31Pg C(1Pg=1015g)，其中，44％储存在100-300cm的深层土壤中;冻土碳库呈现出从研究区东南向西北递减的趋势。这些结果证明青藏高原冻土区是个重要的碳库，意味着持续的气候变暖和冻土融化很可能导致这部分长期以来被封存的大量土壤有机碳被微生物分解释放，对区域乃至全球未来陆地生态系统碳循环产生重要影响。本研究建立的深层土壤有机碳数据库是全球冻土土壤数据库的重要补充，同时也为地球系统模型提供了宝贵的校验数据。另外，本研究所发展的大尺度碳库估算方法体系为降低区域碳库估算中的不确定性提供了新思路。　　在冻土区土壤有机碳动态方面，基于一致的方法，于2010s(2013-2014年)对该区域2000s(2001-2004年，由方精云采样团队的调查)时期所调查的135处样点进行重采，获得了包含两个时期(2000s和2010s)、103个配对样点、不同层次(0-10、10-20和20-30cm)的土壤有机碳含量(SOCC)、容重(BD)以及土壤有机碳密度(SOCD)的重采样数据库，并结合线性混合模型评估了过去10年间青藏高原冻土区活动层土壤有机碳库的动态变化。结果显示:(1)过去10年间青藏高原活动层30cm深度土壤有机碳库以28.0g Cm-2yr-1(95％的置信区间:15.2，40.8g Cm-2yr-1)的速率显著增加，并且在高寒草原和高寒草甸中都存在这种增加趋势。(2)土壤有机碳库的增加仅发生在10-30cm的下层土壤，并且主要源于有机碳含量的增加。进一步的分析显示气候变化主导的植被输入的持续增加是该区域有机碳库积累的主要原因。这些结果意味着过去10年间青藏高原活动层土壤有机碳库并未对气候变暖形成正反馈，反而起着“碳汇”功能，暗示着气候变暖背景下冻土融化所带来的碳损失很可能被活动层显著的碳汇所抵消。　　在冻土区土壤有机碳释放速率及其温度敏感性的调控机制方面，本研究通过对来自青藏高原156个样点的表层土壤进行了室内变温培养实验，同时测定了相应的环境、底物和微生物属性，并结合结构方程模型揭示了青藏高原冻土区表层土壤CO2释放速率及其温度敏感性(Q10)的大尺度格局及其调控机制。结果显示:(1)底物属性和环境因子共同解释了高寒草地土壤CO2释放速率空间格局的52％，其中，降水量是最重要的决定因素。(2)底物属性和环境因子共同解释了高寒草原和高寒草甸Q10空间格局的37％和58％，表明底物质量并不是决定Q10空间格局的唯一控制因素。尤其是在生产力较高的高寒草甸，环境因素特别是土壤pH值发挥着重要影响。青藏高原冻土区土壤CO2释放速率及其温度敏感性的调控因素有别于温带和热带生态系统，这种差异应该在将来的模型预测中予以考虑。　　总之，通过本论文的研究发现青藏高原高寒冻土区是一个重要的土壤有机碳库，土壤有机质的分解过程具有不同于温带和热带生态系统的独特调控机制。更重要的是，过去10年间该区域活动层土壤有机碳库并未对气候变暖形成正反馈，反而发挥着“碳汇”功能。这些研究结果对于认识青藏高原冻土碳循环特征及其与气候变暖之间的反馈关系具有重要意义，同时可为高寒草地生态系统可持续管理提供数据支撑。