日益凸显的环境问题已对人类生活造成了严重的危害,农田生态系统生态地球化学评价在及时有效地掌控和评估环境质量等工作中具有重大意义。本文选取素有首都生态屏障之称的山西盆地作为研究区,其作为我国第一大煤炭产地及能源重化工基地,环境污染问题自然颇受关注。本文在多目标区域地球化学调查的基础上,分别从典型成土剖面、大气干湿沉降、施肥和灌溉水等分析了土壤元素自然和人为来源及元素地球化学行为影响因素,最后通过对研究区大宗农作物和主要蔬菜及其根系土等进行了异常元素生态效应评价。研究结果显示:1)山西省六大盆地土壤有机碳显著低于全国土壤背景值,pH则显著偏高,土壤呈碱性;2)除大同盆地外,其余盆地土壤均出现Hg元素富集,大多数盆地土壤还出现Pb、Mo和Se元素富集;大部分重金属元素均比山西土壤背景值要高,尤其是Hg。重金属元素含量均是在大同盆地最低,除Hg元素在忻州盆地最高外,其余均在长治盆地最高;3)山西省土壤有机碳储量在近20年间呈增加的趋势,年均温低于9℃时,土壤有机碳和无机碳密度均基本稳定;而温度大于10℃时,土壤有机碳密度与温度呈显著负相关;随着温度继续升高,土壤有机碳密度迅速下降。土壤无机碳密度与温度呈现正相关,随着温度上升,无机碳密度增加。由于温度增加,对土壤有机碳和无机碳含量的影响相悖,所以整体上,温度变化对研究区土壤碳库影响不大。土壤有机碳密度和无机碳密度与降雨量的关系不明确;4)成土剖面垂向结果显示,Cd、Hg、N、P、Se和B元素呈现表土富集特征,而土壤Pb、Cu、Zn和Mo元素则比较稳定;5)大气干湿沉降是土壤As、Cd、Hg、Pb、Al和Se等元素输入的主要途径,但是F元素则主要通过化肥施用输入;6)研究区太原盆地玉米安全性相对较低,麦秆中Hg、As、Pb含量普遍高于籽实;7)不同种类蔬菜和不同元素的富集系数差异很大,叶菜类蔬菜远高于茄果类。研究区各类元素在蔬菜中均未超标,根据As、Cd等元素在作物中的含量情况,建议减少黄瓜、茄子和辣椒的种植。