土壤有机碳库是陆地生态系统的主要组成部分,在碳循环中有重要作用。农田土壤碳库极易受人类活动影响,又与人类生存发展密不可分。本论文基于GIS技术和模型研究方法,选取典型红壤和水稻土区域的湖南省宁乡县为研究对象,开展县域尺度的农田土壤有机碳库研究。研究内容主要包括:采用国际常用的土壤类型法对县域尺度农田土壤有机碳储量进行估算;在前期建模研究工作基础上,以自主研发的有机碳转换模拟预测系统为核心,模拟县域农田土壤有机碳变化。论文首先根据湖南省宁乡县1986年第二次土壤普查等收集的资料,分析了不同土种的土壤有机碳密度,估算了土壤有机碳储量。在农田表层土壤(0—20cm)各土种土壤有机碳密度中,90%的土地的土壤有机碳密度分布在3.5-5.5 kg/m~2之间,其中有机碳密度为极值的土种面积占农田总面积比例较小。各土种平均碳密度为4.29kg/m~2,基于土壤分类单元估算湖南宁乡县农田表层土壤有机碳储量是5.57×10~9Kg。利用GIS软件,编制宁乡县不同土种土壤有机碳密度分布图,从空间分布上直观显示土种有机碳密度差异。在已有的点位模型研究基础上,使用面向对象的开发平台Visual Basic 6.0和数据库引擎技术,利用GIS二次开发平台:SuperMap Objects 2003,构建了县域农田土壤有机碳模拟预测系统,拓展了模型的使用范围,实现了县域空间的模拟和预测。模型以宁乡县农田土壤理化数据,气象数据,外源有机碳的输入,主要农作物及其产量为数据源,建立属性数据库,以月为时间步长,对外源投入物和土壤本身进行分组,分别模拟有机碳周转。系统根据预测时间,假设现有土地利用和耕作措施稳定的情况下,预测有机质的变化,界面友好,操作方便,扩展性强。模型应用于对1986年到2004年间在不同施肥条件下的有机质的模拟,模拟值与实测值的相对误差在10%的范围内,并预测了2014年平均土壤有机质含量。