土壤养分存在明显的空间差异,土壤养分空间变异性的研究是获取土壤养分空间分布状态和采样设计的技术支撑,是实现以“定点,定时,定量”为代表的数字农业的关键技术之一,是实现“因地制宜”、“因时制宜”的土壤管理的前提,是土壤资源可持续利用的基础。本文利用地统计学以及多种数学方法,在地理信息系统(GIS)多种空间分析和地统计软件的支持下对陕西省西安市蓝田县土壤养分元素的空间结构进行模拟与定量化表达,深入揭示土壤养分的空间变异规律,系统研究了不同研究单元和不同地貌类型下土壤采样方法,将经典统计分析与空间采样方法有机结合,优化了采样方法,对促进土壤养分空间变异领域的研究具有重要的理论意义。主要的研究结果如下：1.基于GIS的地统计学方法能够很好地描述土壤养分的空间变异规律,考虑地形地貌条件的分区研究对土壤养分的空间变异结构性与分布格局表达的效果更佳。有机质、碱解氮、速效磷、速效钾四种土壤养分要素都表现出明显的空间相关性。空间自相关程度均属中等程度的空间自相关,整个研究区域的变异较稳定。研究区内各土壤养分变量均存在半变异结构,基于地貌类型区的分区研究显示这种半方差结构具有不稳定性,表现在不同地貌类型区半变异函数的拟合模型不同。2.有机质、碱解氮、速效磷、速效钾四种养分要素在分布上具有明显的方向效应。有机质和碱解氮在南一北和东一西方向上具有明显的结构性；有机质和碱解氮在东一西方向上的变异要大于南一北方向上的变异,主要是由于农业生产以及管理措施的影响。不同变量的空间变异特征不同。有机质、碱解氮、速效磷等三种土壤养分的空间变异主要由随机性因素引起的,受局部水热条件影响较大,速效钾的空间变异与人类活动的关联较大。四种养分元素引起空间异质性的程度不同,碱解氮的结构性因素引起的空间变异程度最高,有机质和速效钾其次,速效磷最低。3.研究了不同类型的研究区以及不同研究目的下最适宜采样方法,并对各种采样方法的精度进行了比较,验证了采样方法的可行性。以行政单元为研究区的土壤属性变量研究,适合选择三明治空间采样方法,三明治空间采样法不仅能够灵活高效的反应不同级别研究单元采样信息,还可更好的反应土壤养分元素的区域方差特征,而且是一种适合于不同行政单元的高效采样法。4.对于地貌类型复杂的研究区最适宜选择空间分层采样法,且分层的结果对于采样结果的精度影响较大。合理的分层指标以及详细的分层文件下,采样结果的精度高具有代表性；对于山区地形而言,协同环境因子的典型点的采样方法仅需要布设较少的样点,便可以得到较精确的空间预测结果,具有很高的经济意义。