土壤有机碳是土壤的重要组成部分,是保持土壤肥力、决定作物产量、评价土壤质量和生态环境的关键属性。同时,土壤是陆地生态系统中最大的碳库,1m深度内贮存了约1500 Pg的碳,是大气碳库的三倍。气候变化背景下,土壤有机碳的分解与释放会对全球温室效应产生重大影响。精确衡量历史、当前和未来的土壤碳库储量、密度分布以及增减状况,对于评估土壤碳封存潜力、土壤碳在全球碳循环以及全球气候变化中的作用与反馈具有重要意义。青藏高原地区储存了大量的土壤有机碳,并且该区域对于全球气候变化的响应极其敏感,在我国乃至全球土壤有机碳的研究中占据重要地位。对于大的空间尺度与时间尺度上的土壤有机碳研究,土壤有机碳过程模型是唯一行之有效并被广泛应用的模拟手段。但模型法本身的抽象结构与复杂参数给预测结果带来较大的不确定性。通用陆面模式(Community Land Model,CLM)是第五次气候模式对比计划(CMIP5)所有地球系统模式中,唯一考虑生态系统碳氮相互作用的陆面模式,也能准确模拟包括土壤有机碳的碳循环过程。因此,本研究使用CLM4.5模型对青藏高原土壤有机碳进行模拟,通过参数优化提升了模型精度,并估算了青藏高原历史(1970-2010年)与未来(2020-2050年)的土壤碳库储量变动与密度分布情况。本研究获得的长时间尺度土壤碳库模拟对于明确青藏高原土壤的源汇作用,评估土壤的封存潜力以及为应对全球气候变化制定合理政策具有一定的科学意义。本文的主要内容与结果如下:(1)CLM4.5模型的参数敏感性分析与参数优化:利用OAT(One at a time)方法对有机碳分解模块的参数进行敏感性分析,得到土壤有机碳模拟对温度标量参数Q10、碳库呼吸分数与碳库流转分配比例参数最为敏感。通过文献收集确定参数优化的取值范围,利用第二次全国土壤普查剖面数据衡量不同参数下的模型精度,选定最优参数后模型精度提高,R2由0.34上升至0.51。(2)基于CLM4.5对青藏高原土壤有机碳储量与密度分布进行模拟:使用优化后的CLM4.5对青藏高原表层30 cm的土壤有机碳进行了历史模拟与未来预测。1970年至2010年间,有机碳储量的变化范围为10.046-10.187 Pg,整体呈现下降趋势,2006年出现转折点,之后开始轻微上涨。有机碳密度的分布趋势为自西北向东南先降低后升高,最高值出现在东南部阔叶林区。未来预测数据集来自CMIP5的四个不同气候模式数据,2020年至2050年间,土壤总有机碳的平均储量变化范围为10.561-10.892 Pg,呈现出持续的上升趋势,增长速度为10.5 Tg·y-1。比较2050年与2010年的有机碳密度分布情况,全区整体呈现上升水平,但南部阔叶林区出现降低的情况。(3)分析探索土壤有机碳时空变化的控制因子:基于上述模拟结果,分析了土壤有机碳时空变化的控制因子。总土壤有机碳密度随海拔上升先增加,上升至4500 m处后有机碳密度开始降低,在此高度之上,温度对于微生物分解有机碳的抑制作用不足以抵消凋落物碳库输入量的大幅度下降。土壤有机碳密度值与气温降水量都呈正相关关系。不同植被类型同样对土壤有机碳密度分布造成影响。