Toprak karbon sekestrasyon kapasitesi, iklim modellerinin en az anlaşılan ama en çok tartışılan değişkenlerinden biridir. Bir toprağın ne kadar organik karbon tutabileceği; yalnızca bitki örtüsüne değil, pedolojik özelliklerin karmaşık etkileşimine bağlıdır. Kilometreler içindeki birkaç santimetrelik profil farkı bile karbon döngüsü açısından dramatik sonuçlar doğurabilir. Bunun temel nedeni pedolojik parametrelerin, tane büyüklüğü dağılımı, mineroloji, pH, redoks koşulları ve fauna aktivitesi, karbon stabilitesini birbirinden bağımsız biçimde etkilemesidir. Kil fraksiyonu, özellikle 2:1 tipi smetit grubu mineraller, organik maddeyi yüzey kompleksasyonu yoluyla stabilize eder. Spesifik yüzey alanı yüksek olan bu mineraller, humik asit ve mikrobik metabolit artıklarını fiziksel olarak korur; minerale bağlı organik karbon (MAOC) olarak adlandırılan bu havuz, yüzyıllar ile bin yıllar arasında değişen döngü süreleri gösterir. Buna karşın kaba tekstürlü kumlu topraklar, gözenek yapısının büyüklüğü nedeniyle organik maddeyi mikrobiyal bozunmadan koruyamaz ve karbon geri dönüşümü hızlanır. Toprak karbon sekestrasyon kapasitesi açısından kritik ikinci parametre, demir ve alüminyum oksitlerinin dağılımıdır. Ferrihydrit gibi reaktif demir fazları, organik karbon molekülleriyle ko-çökelme yoluyla bağ kurar. Bu mekanizma özellikle andosollerde (volkanik kökenli topraklar) belirgindir ve bu toprakları beklentilerin üzerinde yüksek karbon depolarına dönüştürür. PH'nın karbon dinamiklerine etkisi hem doğrudan hem dolaylıdır. Asidik topraklarda fungal ayrışma baskın gelirken bazik koşullarda bakteriyel aktivite hız kazanır; bu geçiş, ayrışma hızı ve dolayısıyla karbon kalış süresi üzerinde belirleyicidir. Bunun yanı sıra pH, mineralizasyonu kontrol eden enzim aktiviteleri (selülaz, lakkaz) üzerinden de organik madde dinamiklerini yönlendirir. Toprak profile boyunca karbon derinlik dağılımı da bölgesel sınıflandırma için önemli bir göstergedir. WRB (World Reference Base) ve USDA Soil Taxonomy sistemleri, epipedon ve endopedon özelliklerini dikkate alarak karbon havuzlarını katmanlar arasında ayırt eder. Permafrost topraklarındaki kriyotürbasyon, organik maddeyi derin katmanlara aktararak uzun vadeli sekestrasyon için elverişli koşullar yaratırken, iklim ısınmasıyla bu karbon serbest kalma potansiyeli taşır. Mikrobik biyokütle ve toprak faunası parametreleri de sekestrasyon kapasitesini şekillendirir. Toprak solucanları, termitler ve kolembola gibi makrofauna, organik maddeyi mineralize edilemez mikroagregatlar içine gömer. Bu süreç fiziksel kapsamda oluşan karbon stabilitesini artırır ve killi tekstürle birleştiğinde uzun vadeli sekestrasyon için uygun koşulları pekiştirir. Sekestrasyon kapasitesi analizinde pratikte kullanılan yaklaşımlar; toplam organik karbon (TOC) tayini, karbonun aktif/pasif havuzlara ayrıştırılması için kalibrasyonlu yakma (loss-on-ignition) ile fraksiyonasyon protokolleri ve C:N oranı değerlendirmesini kapsar. Bu parametrelerin kombine yorumu olmadan yalnızca TOC değerini okumak yanıltıcı olabilir.