农田土壤固碳速率是评价土壤固碳效应和潜力的重要指标,精确估算区域农田土壤固碳速率对土壤地力及环境效应均具有重要意义。本研究选取河南省典型农田土壤为研究区域,从点到面系统揭示了农田土壤有机碳变化机理与时空分异特征:分别在两种典型中低产田土壤砂质潮土(2010-2018年)、砂姜黑土(2012-2016年)中进行定位试验,并设计不施肥、常规施肥、常规施肥+秸秆还田、常规施肥+秸秆还田+有机肥、常规施肥+有机肥处理,揭示了土壤有机碳收支变化影响机理;选择河南省封丘县、禹州市、方城县和潢川县作为典型县,利用2011年获取的县域农田土壤理化性质及农耕情况,以全国第二次土壤普查数据为参照,分析了省域农田有机碳时空分异特征与关键影响因素。以此为理论基础,选取封丘县作为研究特例,通过集成实测数据、TM影像数据、DNDC模型模拟数据,模拟了2011-2017年不施肥、单施化肥、化肥+秸秆还田、化肥+秸秆还田+有机肥4种情景下县域农田土壤有机碳密度时空分异特征,定量解析了不同管理措施情景下农田土壤有机碳密度变化趋势。通过上述分析初步探明了研究区域内农田土壤有机碳变化影响机理与时空格局,并尝试采用一种基于多源数据分析法解析时空尺度农田土壤有机碳分异特征,旨在为土壤有机碳时空变化与估测方法研究提供理论基础,并得出以下研究结论:(1)定位试验结果显示,不同处理对土壤有机碳变化具有显著影响,单施化肥处理农田土壤固碳效果不显著,秸秆还田与有机肥能大幅提升砂质潮土固碳能力与固碳速率。有机肥能显著提升砂姜黑土有机碳含量,并稳定水稳性团聚体,增强土壤固碳能力。省域典型县调查分析结果还显示,自上世纪八十年代以来,河南省农田土壤固碳显著,部分区域固碳速率高达0.3-0.5 t C/ha,少数区域固碳速率为0-0.2 t C/ha,仅有少数区域呈现丟碳,并在未来一段时间内仍具有较大的固碳潜力。研究区域内普遍采用秸秆还田,并以750 kg/ha/yr为周年化肥投入量,分析结果还显示,土壤容重、pH、秸秆还田与施肥是影响农田土壤固碳速率的关键因素。(2)基于多源数据模拟分析结果显示,不施肥(F0)与单施化肥(FR)情景下难以维持表层土壤本底碳,呈现出碳源效应,常规单施化肥基础上,秸秆还田(FRS)与有机氮替代20%化肥氮(FRSM)情景下表层土壤有机碳密度逐年显著上升,碳储量也呈线性上升趋势,碳汇效应显著。(3)通过对估测结果研究分析,文中提出的一种基于多源数据农田表层土壤有机碳时空分异特征与碳储量估测方法,其碳储量估测结果与实测结果具有一致性,且能快速获取不同情景下农田土壤有机碳时空分异特征,具有成本低、易于操作等技术优势,在大尺度获取农田土壤碳时空变化研究中具有较大的潜在价值。