【目的】探究兴安落叶松天然林碳汇量及其驱动机制，为提升该地区的碳汇功能提供理论依据。【方法】基于黑龙江省大兴安岭地区第7次和第8次国家森林资源连续清查获取的264块固定样地调查数据，考虑林木生长、枯损、进界和采伐4个碳库，分别从林分、气候、多样性、土壤、地形和采伐6个方面选取24项指标，通过逐步回归和结构方程模型，量化了各指标对兴安落叶松天然林碳汇量的影响。【结果】（1）2005—2010年间，该地区兴安落叶松天然林的平均碳汇量为（1.17±0.71） t/（hm²·a）。（2）逐步回归模型的确定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）分别为0.60、0.60 t/（hm²·a）和0.45 t/（hm²·a），表明所建模型精度较高。模型筛选出的变量包括Shannon-Wiener指数、郁闭度、土壤全氮、土壤全钾、优势木平均胸径、年平均降水量、坡度和林分平均年龄。（3）结构方程模型中各变量对林分碳汇量的路径系数依次为Shannon-Wiener指数（0.462）>郁闭度（0.357）>优势木平均胸径（0.313）>土壤全氮（0.286）>土壤全钾（-0.142）>年平均降水量（-0.107）>坡度（-0.069）。【结论】Shannon-Wiener指数、优势木平均胸径、郁闭度和土壤条件是影响碳汇量的重要驱动因子，可在后续经营中通过合理抚育间伐或冠下补植来调整林分的树种组成、郁闭度和土壤肥力，以达到提升兴安落叶松天然林碳汇功能的目的。