黄土高原是世界上面积最大的集中黄土区,其深厚的黄土层中蕴含着丰富的地学信息。土壤有机碳是陆地生态系统中的重要组成部分,是控制土壤肥力和生态系统功能的关键要素之一,对全球气候变化也具有重要作用。本研究在黄土高原关键带南北方向布设一条长860 km具有明显环境梯度的样带,应用经典统计学和地统计学方法,对0~500cm剖面的黄土高原关键带土壤有机碳浓度及储量的空间分布规律、变异特征及其与环境因子的关系进行探究,并以此阐明黄土高原关键带水平方向土壤有机碳空间变异特征及影响因素。利用状态-空间方程、线性回归方程和传递函数方程分别对样带不同土层土壤有机碳的空间分布特征进行了模拟,并对不同方法的模拟效果进行对比分析。以长武王东沟小流域和安塞纸坊沟小流域为对象,采集了地表至基岩土芯样品,分析不同地貌类型区黄土关键带有机碳垂向分异特征。结果表明:(1)土壤有机碳在水平方向上由南向北逐渐降低,垂直方向上0~100 cm随土层深度增加逐渐降低,100 cm以下趋于稳定;0~500 cm不同土层土壤有机碳均呈中等程度变异,变程60~270 km;0~40 cm土壤有机碳空间分布主要受降水和坡度的影响,40 cm以下主要受土壤质地和气候的影响,表明区域尺度浅层土壤有机碳空间分布取决于气候和地形条件,深层土壤有机碳主要受土壤质地和气候共同影响。(2)黄土高原样带0~500 cm土壤有机碳储量具有明显的空间分布规律,由南向北逐渐减少。不同土层土壤有机碳储量在区域尺度上均为中等程度变异;区域土壤有机碳储量空间分布的主要影响因素为降水、气温、降水季节分布和坡度;基于以上4个变量建立的多元线性回归方程可以解释0~300cm土壤有机碳储量空间变异的46~73%。(3)Person相关分析和主成分分析结果表明,土壤黏粒、坡度、多年平均降水量、多年平均气温及降水季节分布是影响黄土高原样带有机碳浓度空间变异的主要因子;空间自相关和交互相关分析结果表明,这五个变量在滞后距离为17 km内具备较好的空间自相关性和交互相关性,可用于状态-空间模拟。通过不同方法对样带土壤有机碳空间变异进行模拟发现,状态-空间方程较多元线性回归方程和传递函数方程而言,其模拟效果最佳,可用于黄土高原区域尺度土壤有机碳空间分布的模型预测。(4)黄土关键带垂向有机碳分析结果表明,长武和安塞全剖面土壤有机碳含量和储量总体上随土层深度逐渐减少,上层土壤有机碳分布离散度较大,有机碳含量和储量的分布特征大体一致。长武不同土层土壤有机碳含量和储量均大于安塞,而变异程度小于安塞试区。长武和安塞地区不同土层土壤有机碳含量和储量的变异程度均为中等。以上两地区土壤有机碳的主要影响因子为土壤含水量。