伴随着生态环境问题的不断出现，各类碳问题逐渐成为科学家们探讨的热点。
作为陆地生态系统最大的碳库，土壤碳库储量的估算存在较大的不确定性，有机碳
空间变异是其不确定的重要原因之一。受人为活动的强烈影响，农田土壤有机碳具
有较大的空间变异。在黄土高原地区，由于地形起伏大、地貌类型多样，进一步增
加了农田土壤有机碳的变异性和碳储量估算的不确定性。目前对黄土高原区农田土
壤有机碳空间变异的研究大多集中在坡面和小流域尺度，在黄土高原区域尺度的研
究工作相对缺乏。本文以黄土高原丘陵区、高塬区、平原区为研究区域，从不同地
貌类型区域尺度、同种地貌类型对应的县域尺度、地貌单元尺度和乡镇尺度，采用
传统统计学与地统计学结合的方法，通过对不同尺度下土壤有机碳空间变异、影响
因素、合理样本数、布点方法的差异性研究，确定黄土高原典型地貌区及典型县有
机碳含量空间变异性、影响因素及尺度效应。研究结果对准确估算区域农田土壤有
机碳储量，建立合理的土壤采样布点方案具有重要的理论和现实意义。主要得出以
下结论：
（1） 黄土高原不同地貌类型区及对应的县域尺度下，土壤有机碳空间变异性
具有尺度效应 ， 丘陵区的有机碳含量与变异系数尺度效应较为明显。区域尺度上平
原区有机碳含量最高，其次为高塬区与丘陵区，有机碳含量变异规律与之相反。县
域尺度上有机碳含量大小顺序为平原区>丘陵区>高塬区，变异规律为平原区>高塬
区>丘陵区。因此，丘陵区县域尺度上庄浪县有机碳含量代表性较差，其他两区县
域有机碳含量代表性较好。整体上看，研究区土壤有机碳空间相关性距离都表现出
与面积的正相关关系。丘陵区在区域尺度上和县域尺度上土壤有机碳都表现出强烈
的空间相关性，在平原地区随着面积的增大有机碳含量随机性增强，而在高塬区两种尺度下有机碳含量都呈现出随机效应。
(2) 黄土高原不同空间尺度下土壤有机碳变异的主要影响因子及其影响程度有
明显差异 ， 但在相同地貌类型区 ， 平原区除外 ， 区域尺度 影响因子较为复杂 ， 且 涵
盖了县域尺度上主要的影响因子 。在区域尺度上，土壤有机碳空间变异的主要影响
因子及其贡献率表现为丘陵区：土壤侵蚀程度 29.7%、海拔 29.6%、土壤类型 26.3%；
平原区为种植制度 57.4%、土壤类型 15.3%、土壤质地 12.3%；高塬区为土壤质地
66.6%、田面坡度 16.7%、坡向 16.7%。在县域尺度上，有机碳空间变异表现为丘陵
区海拔 86.5%、土壤类型 13.5%；平原区为种植制度 51.2%、海拔 29.9%；高塬区显
著性影响因子不明确。
(3) 丘陵区 庄浪县海拔与土壤类型是导致土壤有机碳发生空间变异的主要因素 ，
其 地貌单元尺度和乡镇尺度下土壤有机碳空间变异具有明显差异， ， 不同空间尺度下
（县域- 地貌单元- 乡镇）土壤有机碳变异的影响因子存在差异，随着空间尺度的缩
小，海拔和土壤类型对有机碳空间变异的影响减弱 。海拔每升高 200m 有机碳含量
差异显著，黑垆土、黄绵土与红粘土三种土类对有机碳含量有显著影响。在完整地
貌单元尺度上，有机碳含量表现出高山区>低山丘陵区>丘陵沟壑区，变异系数表现
为丘陵沟壑区>低山丘陵区>高山区；乡镇尺度上，有机碳含量表现为低山丘陵区>
丘陵沟壑区>高山区，变异系数表现为高山区>丘陵沟壑区>低山丘陵区。丘陵沟壑
区地貌单元尺度和乡镇尺度土壤有机碳空间变异影响因子无尺度效应；在低山丘陵
区，地貌单元上农田土壤有机碳空间变异的主控因子是海拔与土壤类型，而在乡镇
尺度上则转化为田面坡度；在高山区，地貌单元上主控因子是土壤类型，而乡镇尺
度上主要影响因素为土壤侵蚀程度。
(4) 经典统计学与地统计学两种统计方法所确定的样本量相差较大， ， 联合单元布
点较随机均匀布点需求的样本量要小。 。 黄土丘陵区庄浪县不同样本量下的各组样点
都具有充分的代表性 。 联合单元布点比随机均匀布点不确定 性 稍大 。庄浪县有机碳
含量采用传统统计学随机布点确定的合理样本数为 64 个，联合单元布点下的合理
样本为 61 个，差别较小。而采用地统计学在随机布点下所确定的样本量为 903 个
以上，联合单元布点下为 454 个以上，差别较大。因此，利用经典统计学对区域进
行大致趋势及特征的研究时，联合单元布点与随机均匀布点均可运用；但若采用克
里格法来获取县域水平土壤有机碳空间分布状况时，联合单元布点能大量地减少采
样量与投入及分析成本。关键词：黄土高原；农田有机碳；空间变异；尺度效应；不确定性