耕地利用净碳汇是影响耕地利用进程的重要因素，分区优化耕地利用是实现中国农业绿色、可持续发展的有效手段。基于耕地利用碳源-碳汇视角测算了2005—2020年中国31省（市、区）耕地利用净碳汇量，利用核密度估计分析其动态演进趋势，并探究耕地利用净碳排放与农业经济的脱钩效应；结合脱钩结果和粮食产区进行综合分区优化，借助灰色模型预测了2021—2035年各综合分区的净碳汇量及脱钩状态。结果表明：1)研究期内耕地利用净碳汇量呈波动式上升，年均增速3.740%，粮食主产区碳汇能力优于其他粮食产区；2)核密度估计显示，中国耕地利用净碳汇地区差距逐渐缩小，但仍存在区域发展不均衡，粮食主产区、产销平衡区和主销区均呈向碳汇高值区的扩散态势；3)研究期内耕地利用净碳排放与农业经济脱钩状态主要为强脱钩，2020年除北京、上海、广东和海南外，其他省（市、区）均处于实现经济效益和生态效益协调的综合分区；4)预测2021—2035年中国耕地利用碳汇能力保持平稳增长，各综合分区脱钩状态主要为强脱钩。并对全国及各综合分区提出针对性优化策略，推进实现耕地利用低碳、绿色、高质量发展。