土壤是陆地上最大的碳库,气候、土壤物理-化学性质和生物属性被认为是驱动土壤碳,特别是土壤有机碳最基本的动力。更重要地是,土壤有机碳是由这三类变量复杂的相互作用所驱动,然而这些驱动力对于土壤有机碳的综合影响以及驱动力相互作用时彼此间的关联情况的关注不多。本文以蒙古高原北部的草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究区,使用该区46个土壤剖面(深度100cm)的土壤有机碳含量、密度和土壤无机碳含量和密度数据,揭示该区土壤有机碳(含量和密度)和土壤无机碳(含量和密度)的空间分布特征;通过随机森林模型筛选出气候、土壤属性和植被因子(共22个变量)中对土壤有机碳含量和碳密度、土壤无机碳含量和碳密度等影响重要的变量,在此基础上通过偏最小二乘路径模型定量确定气候、土壤属性和植被等驱动力的直接和间接效应;最后利用偏相关分析研究上述驱动力、控制因子在相互作用情形下的彼此关联程度。主要结论如下:1.随机森林模型显示,相比气候和植被(地上),土壤属性对土壤有机碳具有更强的解释力,是更为重要的驱动变量。其中,土壤有机碳含量主要受土壤全氮、土壤容重、粉砂含量、地上生物量、砂含量、干燥度、年均温和碳酸盐等8个变量的显著影响;而全氮、粘土含量、粉砂含量和碳酸盐显著影响土壤有机碳密度。对于土壤无机碳来说,其含量和密度均受土壤质地和pH显著影响。此外,草地类型和全氮也分别显著影响着土壤无机碳含量、无机碳密度。2.偏最小二乘路径模型表明,土壤属性具有最大的路径系数,其在三个路径模型(土壤有机碳储量、土壤有机碳含量和土壤有机碳密度)分别为0.73(P<0.001)、0.75(P<0.001)、0.66(P<0.001),且以显著的直接作用调控土壤有机碳;气候对土壤有机碳的直接作用较小,更多的是凭借其间接作用发挥调控机制,其路径系数分别是0.18(P = 0.09)、0.21(P = 0.02)、0.16(P = 0.24),其间接作用可能更多的是通过土壤属性和植被(地上)来体现,气候对土壤的路径系数分别为0.50(P<0.001)、0.49(P<0.001)、0.49(P<0.001),而气候与植被(地上)的路径系数分别为0.61(P<0.001)、0.61(P<0.001)、0.62(P<0.001);植被(地上)对土壤有机碳的作用较微弱。从单变量角度来讲,全氮、干燥度和地上生物量最能代表土壤属性、气候和植被对于土壤有机碳的驱动。3.土壤有机碳的偏相关分析的结果与路径模型结果类似,即土壤属性是最主要的驱动力,紧随其后则是气候,影响力最小的是植被(地上)。土壤、植被(地上)被控制时,会显著降低气候与土壤有机碳的偏相关系数,表明气候具有较强的间接作用;气候显著影响植被(地上),但对土壤的影响不及植被(地上);土壤和植被(地上)互相间的影响较小。土壤无机碳的偏相关分析结果与随机森林模型的结果一致,其主要受土壤质地和pH的调控,再次证明pH是蒙古高原北部天然草原土壤无机碳主要的控制变量,同时这些变量间具有显著的相互作用,特别是土壤质地内部的砂、粉砂和粘土间的相互影响较大。4.蒙古高原北部天然草原土壤有机碳与无机碳的空间分异特征明显,两者间的关系因草原类型的不同而有所差异。在草甸草原和荒漠草原上表现为正相关关系,而典型草原上正相关和负相关关系同时存在。整个区域来看,土壤有机碳与无机碳显著正相关。本文强调土壤有机碳影响因子联合驱动作用的重要性,建议在今后的土壤碳模型研究中加入土壤属性因子,并考虑各因子间的相互作用,同时将土壤微生物加入比较各因子的相对贡献。这将大大提高我们对土壤碳库驱动力的而理解,并提高模型预测的精度。此外,在气候变化的背景下(气温升高,酸化),要综合考虑土壤有机碳和无机碳动态。