保护区是维持生物多样性和生态系统功能的最有效方式,但其保护成效有待提升,土地利用变化是重要影响因素之一。本研究以神农架国家级自然保护区为对象,基于神农架地区近20年的调查研究和数据积累,通过异速生长模型、生物量方程、抽样加权等方法,对比分析了土地利用方式转变格局下神农架国家级自然保护区森林生态系统地上、地下、凋落物、粗木质残体、土壤有机碳5个碳库动态,分析论证了20年间(1990–2010)神农架保护区对森林生态系统碳库的保护成效。研究发现,林地占神农架保护区总面积的92.76%,其中针叶林(51.85%)、落叶阔叶林(35.11%)及常绿阔叶林(4.47%)3种森林类型合计占林地面积的98.56%。20年间神农架保护区林地面积增加了0.11%,灌木林地和耕地面积分别减少了8.85%和6.06%。神农架保护区2010年碳储量为24.24 Tg C(22.57–26.62 Tg C),土壤有机碳和地上碳合计占全部碳储量的90.68%。常绿阔叶林、落叶阔叶林和针叶林3种森林类型碳储量占神农架保护区碳储量的95%。20年间神农架保护区5个碳库碳储量均有所增加,共固碳25.04 kt C(21.83–29.57 kt C),固碳率为1.21 kt C/年(1.09–1.48 kt C/年),其中地上生物量碳库和土壤有机碳库分别增加14.50kt C(11.81–18.31 kt C)和6.84 kt C。保护区内总碳库碳密度高于保护区外22.37 t C/ha。研究结果表明,神农架国家级自然保护区在保护森林固碳能力方面取得了一定的成效。