【目的】揭示不同气候带森林生态系统中土壤碳氮含量对树种多样性的响应差异，并探讨影响这种响应的关键生物和非生物因素。【方法】收集中国热带、亚热带、暖温带和中温带4个森林生态系统树种多样性，土壤碳、氮含量和土壤真菌多样性数据，针对处理组（多个树种）和对照组（单一树种）共计214组数据进行整合分析，使用随机效应模型计算多样性效应值，并分析不同气候带森林生态系统影响树种多样性效应值的生物和非生物变量的解释权重。【结果】不同气候带森林土壤碳、氮含量对树种多样性存在差异性响应，随着纬度梯度增高，树种多样性对土壤碳、氮含量的影响逐渐减弱。热带和亚热带森林较强的树种多样性效应主要源于海拔和土壤pH，而非土壤真菌群落多样性，但是暖温带和中温带森林土壤真菌多样性则是调控树种多样性对土壤碳、氮含量影响的重要因素之一。【结论】中国不同气候带森林生态系统的土壤碳、氮含量对树种多样性的响应格局一定程度上解释了局域尺度研究中森林树种多样性对土壤碳库影响机制的分歧，同时也说明树种多样性的变化对于热带和亚热带森林土壤碳库的影响可能更为剧烈。