《Journal of Environmental Management》：Driving factors and spatial differentiation of soil organic carbon density in the Three-North Shelterbelt Engineering Region of China
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•年均气温（MAT）在东北地区和华北地区主导了土壤有机碳密度（SOCD），而海拔在西北地区起主导作用。•促进性转折点分别为5.96°C（东北地区）、4.37°C（华北地区）和1541 m（西北地区）。•栖息地质量指数与SOCD之间呈现不对称性。引言土壤有机碳（SOC）是指土壤
• 年均气温（MAT）在东北地区和华北地区主导了土壤有机碳密度（SOCD），而海拔在西北地区起主导作用。
• 促进性转折点分别为5.96°C（东北地区）、4.37°C（华北地区）和1541 m（西北地区）。
• 栖息地质量指数与SOCD之间呈现不对称性。
引言 土壤有机碳（SOC）是指土壤中含有碳的有机化合物，通常由植物和动物残体以及微生物残体等有机质的分解形成（Piao等，2009）。土壤有机碳密度（SOCD）表示特定土壤深度内单位面积所储存的SOC量，是表征SOC空间分布、区域差异和变化趋势的重要指标。据估计，全球土壤有机碳储量（SOCS）在1至1600 Pg C之间（深度1 m），显著高于陆地植被碳储量（500-600 Pg C）和大气碳储量（750 Pg C）（Crowther等，2016；Yang等，2021）。提高SOCD和增加SOCS已成为应对气候变化和实现碳中和的关键途径（Fu等，2023）。
生态工程是指通过人类活动干预生态系统的结构和功能的一系列措施，旨在恢复或优化其生态服务能力（Mitsch，2012）。大量研究表明，生态工程通常有助于增强土壤的碳汇能力（Hong等，2018；Shi和Wei，2025；Wang等，2020）。同时，SOCD对生态工程的响应表现出显著的空间异质性，其变化受气候（M?rchen等，2019；O'Brien等，2010；Wu等，2025）、地形（Chen等，2021）、植被覆盖（Ahirwal等，2022；Bai等，2026；Behera等，2025；Gong等，2017）和土壤因子（Dlamini等，2016；Ou等，2017）等多种因素的共同影响。栖息地质量指数（HQI）作为反映生态系统结构和功能的综合指标，体现了多维环境因子的耦合状态（Lal，2004；Oueslati等，2013；Wu等，2022），需要纳入SOCD研究之中。
中国三北防护林工程（TNSEC）于1978年由我国启动，是世界上最大的生态恢复项目（Zhai等，2023），覆盖中国东北地区（NEC）、华北地区（NC）和西北地区（NWC）。该工程是一个以造林为主、农林业一体化的生态建设项目。三北防护林工程区（TNSER）作为大规模重点生态工程的实施区域，横跨多个地貌单元和气候带。不同区域的生态背景和工程措施存在显著差异。例如，东北地区主要以农田防护林为主；华北地区侧重于水源涵养林、水土保持林和农田防护林；而西北地区则强调防风固沙林和牧业保护林。以往研究表明，过去20年间，中国北方土壤总体上表现为碳源（Xie等，2007）。然而，不同空间尺度间存在显著差异。华北平原土壤主要为碳汇，而东北平原则表现为碳源（Zhou等，2019）。由于长期水热胁迫，西北地区的SOCD积累速率远低于东部地区（Shi和Cui，2010）。这些差异不仅反映了自然环境梯度的影响，也可能与生态工程项目的类型和措施有关。然而，现有研究大多集中在典型区域或局地样地尺度（Zheng等，2025；Zhu等，2023），对于整个TNSER范围内SOCD的驱动因素和长期时空变化仍缺乏系统认识。
因此，本研究以SOCD为核心指标，分析TNSER及其子区域的长期变化特征，识别SOCD的主要驱动因素。在此基础上，进一步估算区域SOCS及其变化，旨在为TNSER的土壤碳汇评估和差异化生态管理提供科学依据。
各章节摘要 研究区 TNSER（33°30′-50°12′N，73°26′-127°50′E）包括东北、华北和西北地区，涉及全国13个省份（图1）。东北、华北和西北地区的边界数据来源于中国科学院（
https://www.resdc.dn ）。不同区域的自然环境特征存在显著差异（表S1）。东北地区气候相对湿润，年降水量充足，适宜植被生长。华北地区的气候
SOCD与环境因子的相关性 皮尔逊相关系数初步表明，TNSER的SOCD与气候、栖息地质量和植被因子呈显著相关（图S4）。共有14个变量与SOCD呈显著相关。
SOCD关键因素的识别 结合相关系数矩阵（图S4）和先验知识，本研究构建了结构方程模型（SEM）。SEM解释了SOCD变异的42%-46%（图2）。东北、华北和西北地区SOCD残差的Moran's I值分别为
关键因素对SOCD的贡献 结果表明，年均气温（MAT）、海拔、栖息地质量指数（HQI）和植被指数（VI）是SOCD的关键影响因素。东北和华北地区因纬度较低而产生的相对低温以及西北地区的高海拔可能通过抑制土壤呼吸作用来增强土壤有机质的稳定性，从而储存更多的土壤有机碳。东北和华北地区的SOCD主要受年均气温控制。东北地区以平原农田为主，生态工程主要通过
结论 基于SOCD的实地测量，结合SEM和RF-SHAP模型，本研究阐明了TNSER的驱动因素和SOCD的时空演变，为全球类似生态脆弱区的土壤碳汇管理提供了参考框架。主要结论如下。
(1) 东北和华北地区的SOCD主要受年均气温控制。年均气温促进SOCD的转折点分别为5.96°C和4.37°C。西北地区的SOCD主要受
作者贡献声明 徐亚婷： 撰写—审阅与编辑、撰写—初稿撰写、可视化、验证、方法论、正式分析、数据整理、概念化。周广生： 撰写—审阅与编辑、指导、资源、项目管理、方法论、资金获取、概念化。周丽： 撰写—审阅与编辑、资源、方法论。田智慧： 撰写—审阅与编辑、资源。何晓辉： 撰写—审阅与编辑、资源。韩新志： 撰写—审阅与编辑、
资助 作者非常感谢以下项目的联合资助：国家自然科学基金 （42141007、42130514）、国家重点研发计划 （2024YFF1308201）、河南省重点研发计划 （261111212800）、中国气象科学研究院基本科研业务费 （2024Z001）、中国气象局农业气象创新团队 （CMA2024ZD02）。
利益冲突声明 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
徐亚婷|周广生|周丽|田智慧|何晓辉|韩新志|李小鹏
