黄土丘陵沟壑区为改善脆弱生境进行大规模生态恢复,导致土壤养分在不同地形和不同用地类型间具有一定差异。本文以陕西省安塞县南沟流域为研究区,利用地面监测和遥感技术,通过地统计学和三维插值方法,分析土壤有机质、全氮及速效养分的空间结构和三维分布,研究不同土地利用组合坡面的土壤养分规律,探索土壤有机碳与地形、退耕方向的关系,以期为当地土地的合理利用和生态恢复的效益评价提供参考。主要成果如下:（1）南沟流域表层土壤养分显著高于底层,0-100 cm深度的平均含量整体不高,有机质、全氮、速效氮处于低水平,速效磷、速效钾处于中等水平,受结构因素主导均存在中等程度空间变异。其中,速效钾的空间变异较小且空间自相关性较强,有机质和全氮居中,速效氮和速效磷的空间变异较大且空间自相关性较弱。有机质与全氮相关性较强,二者相较于速效养分的分形维数更小,其空间结构不及速效养分复杂。高程、坡度、坡向和NDVI能够解释有机质、全氮40%左右的变异和速效养分20%左右的变异。（2）三维方法在模拟土壤养分空间分布时的效果优于二维方法。其中,三维反距离权重法更适合有机质、全氮、速效氮和速效磷的空间模拟,较三维克里金法分别提升10.06%、7.60%、7.92%和1.78%的预测精度;三维克里金法更适合速效钾的空间模拟,较三维反距离权重法提升7.47%的预测精度。三维模拟结果中,五种土壤养分均随土层深度的增加而减小,表层变化显著,土层深处趋于稳定;有机质、全氮和速效钾在流域东北部最高,西南部次之,中部最低,速效氮在东南角的果树种植区、速效磷在西南角的退耕保护区中含量较高。（3）按照用地类型从坡顶到坡脚的排列顺序,“林/灌—草”和“林/灌—耕”坡面的有机质和全氮在坡顶高于坡脚,速效养分在坡顶低于坡脚;“果—林/灌—草”和“果—林/灌—耕”坡面的有机质和全氮在坡顶低于坡脚,“果—林/灌—草”的速效养分在坡顶高于坡脚,“果—林/灌—耕”的速效养分在坡顶坡脚均较高。四种典型土地利用组合坡面中,有机质、全氮在“林/灌—草”坡面的含量最高,在“果—林/灌—耕”坡面的含量最低,速效氮在“果—林/灌—耕”坡面的含量最高,速效磷和速效钾在不同土地利用组合坡面间的差异不明显。（4）土壤有机碳密度的总体范围为0.32-2.08 kg·m^-2,均值为0.74 kg·m^-2。坡面土地利用方式均为林地时,土壤有机碳密度表现为凹形坡>等齐坡>凸形坡,阴坡>阳坡,复杂程度表现为凹形坡>凸形坡>等齐坡,阴坡>阳坡,阴坡侧凹形坡土壤固碳能力更优。研究区0-100 cm的土壤有机碳储量为4211.26 t,借助空间代替时间的思想,由耕地转出的林地、草地和园地的土壤有机碳分别增加了57.04%、34.82%和12.15%,不同退耕方向的固碳能力表现为林地>草地>园地。建议生态恢复过程中可以考虑利用优势地形和优势退耕方向进行坡面改造。