土壤有机质(SOM)是土壤的重要组成部分,包括了微生物及其生命活动的各种有机产物、动植物残体,是构成土壤复合胶体的核心物质。对土壤物理、化学和生物过程都具有重要的影响与作用。土壤有机质的变化对耕地质量有重要影响,也影响着种植业的可持续发展及粮食安全。从长远的意义看,对温室效应平衡和气候变化研究也具有一定的理论和实际意义。本文通过对不同尺度SOM时空耦合格局及格局与农业经济过程关系的研究,分析造成土壤有机质时空变化的主要驱动因素。利用空间预测模型,对未来土壤有机质变化情况进行模拟,并按空间分区提出SOM可持续管理的途径与对策。本项研究对今后指导土壤质量提升工程,协调土壤肥力,优化农业种植结构和耕作制度,都具有一定的理论与实践意义。论文通过对河北省136个县(市)典型区耕地土壤的野外勘察、样品采集及室内分析测试,获取了2008年土壤有机质数据,利用全国第二次土壤普查数据提取了相应空间位置样点1980年的SOM;并参阅各种相关文献和统计年鉴,收集区域农业技术、经济数据资料。在ARCGIS、GS+、FRAGSTATS等软件的支持下,采用改进的克里格空间分布、空间聚类及逻辑斯蒂等空间统计与模拟方法,对河北省土壤机质不同时空尺度空间格局及格局与空间过程的关系进行了研究,其结果如下:(1)采用BP神经网络对2008年野外实地采集的SOM样点和1980年空间对应样点进行插值加密,以增加空间分析的精度。在此基础上,通过多视角统计分析,得出2008年土壤有机质含量在整体上显著高于1980年。(2)运用地统计学方法对两个时期耕地样点土壤有机质进行空间模拟。分析得出1980年SOM空间变异性较大,2008年空间变异性小,表明当前SOM低值区提升显著,土壤理化性状得到改善。主要原因与近几十年来持续的中低产田改造、秸秆还田、增施有机肥有关,也与农田有机质提升工程实施力度不同造成的区域化变量随机性增加有关,还与土地利用政策与方式变化有关。(3)利用改进克里格方法编制两个时期土壤有机质空间分布图,对不同时间尺度土壤有机质空间分布状态进行分析。总体上,北部坝上、西部太行山区及东部沿海地区SOM含量下降;石家庄西部,邢台,保定北部,唐山东部SOM含量上升。(4)通过空间运算编制了不同时空尺度SOM耦合变化分布图,经空间聚类得到20组具空间异质性的组合类型单元,利用格局指数对SOM时空耦合格局进行了空间分析,得出组合类型单元多样性和丰富度较好,边缘形状规则。并运用空间统计方法从小尺度上对20组空间聚类组合斑块及各斑块内部SOM空间异质性特征及空间过程进行了研究,得出SOM耦合数据为正值的区域面积大于负值区,区域时空耦合变化总体为上升趋势。(5)通过统计年鉴和调查资料,获得1980年、2008年驱动土壤有机质变化的农业经济过程相关因子值,并与SOM时空耦合聚类分组斑块进行空间配准。在局域空间回归模型支持下,分析SOM时空耦合格局和农业经济过程因子的关系,得到与耦合格局相关性较强的三个过程因子状态变化量为农业机械总动力、化肥使用量、复种指数。最后利用逻辑斯蒂方程和空间回归,预测了2020年土壤有机质的空间变化趋势。(6)结合上述分析结果,针对河北省各地市自然条件及社会经济发展状况,进行了土壤有机质可持续管理分区。根据不同分区的空间特点及背景条件采取不同的技术经济措施,以提高土壤有机质含量,促进全省农业的可持续发展。