天然林资源保护工程作为我国六大重点林业生态工程之一，在维持全国森林生态系统碳循环中占有重要地位;然而关于天保工程在我国森林生态系统中的作用以及工程本身的固碳能力却鲜有报道。本研究以东北天保工程区为对象，在长白山和小兴安岭选择针叶混、针阔混和阔叶混交林，在大兴安岭选择落叶松林和白桦林，每个森林类型均包括幼龄林、中龄林、近熟林和过熟林，并调查其乔木、灌木和草本、枯落物和土壤，以此为基础，分别在样地尺度和区域尺度上对该工程区森林碳密度和碳储量进行研究，以期为全国天保工程的生态效益评估和森林生态系统碳储量的估算提供基础数据和参考。　　 结果表明:　　 1、样地尺度上，森林生态系统碳密度呈现出较大的变异性;其中森林生态系统总碳密度随林龄的增加显著增大，由幼龄林的128.6～269.6 MgC/ha到过熟林的295.8～610.4 MgC/ha，这主要与乔木碳密度随林龄的增加显著增大有关;此外，乔木碳密度受森林类型和气候条件的影响也较大，并随纬度的增加显著降低;土壤剖面总碳密度受森林类型和林龄的影响均不显著，随纬度的增加显著降低，这主要与土壤发生层的厚度有关;乔木碳库和土壤碳库是森林生态系统总碳库的主要组成部分，其中土壤碳库对森林总碳库的贡献量随林龄的增加逐渐减小，由幼龄林的56.9％～78.1％到过熟林的25.1％～43.0％，而乔木碳库则相反，其对森林总碳库的贡献量随林龄的增加逐渐增大，由幼龄林的19.6％～36.8％到过熟林的48.2％～73.1％;灌草和枯落物碳密度的变化均较小，分别为0.8～3.0和4.3～22.2MgC/ha，其占森林总碳库的比例仅为0.2％～1.2％和0.9％～8.3％，其中枯落物碳库在大兴安岭森林总碳库中占有的比例较高;　　 2、东北天保工程区森林碳密度和碳储量在不同经营区(重点公益林、一般公益林和商品林)之间也呈现出一定的差异;其中乔木和土壤碳密度受经营区划的影响较小，在不同经营区之间的差异均不显著，这可能与天保工程实施初期经营区划的标准以及工程实施期间粗放的管理方式有关;东北天保工程区森林总碳储量在各经营区之间均呈现出一定的差异，如呼中天保工程区以重点公益林最高，达50.6％，根河、伊春和露水河天保工程区则均以一般公益林最高，分别为39.4％、38.5％和46.9％，这主要与不同经营区森林面积的大小有关。　　 3、东北天保工程区森林总碳密度为180.6 MgC/ha，总碳储量为4603.8 TgC，占东北内蒙古三省森林总碳储量的60.6％，其中土壤和乔木碳储量分别为3218.2和1045.1TgC，枯落物和灌草碳储量所占比例较小，仅为6.5％和0.9％;东北天保工程区森林主要以天然林为主，其面积和碳储量分别占该工程区森林总面积和总碳储量的95.2％和95.4％，且天然林乔木碳密度也高于人工林，分别41.6和28.0 MgC/ha;此外，该工程区森林面积和森林碳储量均以中龄林和幼龄林为主，这说明在未来时间内该工程区森林具有较大的固碳潜力。　　 4、东北天保工程区森林生态系统在天保工程一期实施期间(1998-2008年)表现为碳汇，固碳速率为24.6 TgC/a;该工程区森林总碳密度年均增加0.10MgC/ha/a，这说明东北天保工程的实施在一定程度上促进了林分质量的提高。此外，东北天保工程区森林生态系统实际固碳潜力(至2020年天保工程二期结束)和理论固碳潜力分别为160.0和2084.2 TgC，且均以乔木碳库为主，分别占其总固碳潜力的56.5％和55.5％。