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耕地土壤有机碳（SOC）的变化不但影响土壤肥力和生产力，而且对阐明区域土壤固碳潜力及对全球气候变化的影响具有重要作用。采用模型的方法准确描述和预测SOC的变化趋势，在时间尺度上优于长期定位试验法和某个时间段的野外采集土样法。但在空间尺度上，由于气候、土壤等参数的空间变异性以及耕作制度的区域性，以某个点代表区域或以县为单元模拟预测区域SOC的变化趋势，在区域代表性和模拟精度方面有缺陷。因此本研究基于生物地球化学过程机理的反硝化-分解作用模型（DNDC），在模型验证的基础上，模拟预测了吉林省公主岭黑土长期试验站不同施肥措施对SOC变化的影响；采用地理信息系统（GIS）技术，根据气候、土壤等参数的空间变异性特征划分了模拟单元，通过多源数据整合和未来气候（气候重复情景，PrecisB2气候情景，PrecisA2气候情景）、典型种植制度（春玉米、水稻、大豆）9种组合情景模式设计，模拟预测了吉林省耕地SOC未来60年（2011-2070）的空间变化趋势，以改进模型法在区域和空间尺度上SOC变化模拟预测方法的局限性。研究结论如下：（1）采用16年（1990-2005）不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、配施有机肥（NPKM）和增施有机肥（M2+NPK）四个处理下的SOC变化长期定位试验数据，进行了DNDC模型验证。结果表明，各处理SOC实测值与DNDC模拟值的均方根误差值（RMSE）均小于10%（分别为5.09%、6.11%、9.38%、8.36%)，SOC模拟值与实测值一致性良好，DNDC模型可用于该地区SOC的模拟预测。（2）SOC影响因子敏感性模型分析表明,人类活动对SOC的影响远大于气候变化，影响程度为：施有机肥>秸秆还田>>降水>温度>施化肥。（3）对长期试验站点四种施肥情景下，进行了未来100年（2011-2110年）SOC变化的DNDC模拟预测。结果表明：CK处理SOC含量略有下降，至2110年SOC含量为11.55g/kg，较实验前土壤初始有机碳（13.2g/kg）下降了约12.5%；NPK处理SOC含量变化平稳；NPKM和M2+NPK处理SOC增加明显，至2110年SOC为24.4g/kg和27.6g/kg，分别较初始有机碳含量上升84.8%和109.1%，增施有机肥具有提高SOC的长期效应。（4）基于DNDC的吉林省SOC空间模拟预测表明：在气候重复、春玉米种植情景下，吉林省2011-2070年60%的耕地SOC呈上升趋势，28%耕地SOC呈下降趋势；在PRECIS A2（基于CO2高排放SRES A2预测）的气候情景下，耕地SOC升高和下降的面积基本持平；在PRECIS B2（基于CO2低排放SRES B2预测）气候情景下，60%的耕地SOC呈下降趋势。（5）采用气候、土壤空间异质性特征划分模拟单元，模拟预测的吉林省耕地SOC变化空间差异较大，相对于一个、几个典型点或以县为单元模拟预测区域SOC的变化趋势更合理。