合理的土壤样点密度和有机碳储量空间估算方法是经济、高效、准确估算区域有机碳储量的基础，而县域是我国国家尺度土壤碳库估算的基本地域单元。本研究以湖南省桃源县农田为研究对象，研究了县域尺度下农田有机碳密度的空间变异对取样密度的响应;比较了不同空间插值方法对土壤有机碳储量估算的准确性的影响;并应用土壤剖面有机碳储量的模拟与预测方程对该区域土壤剖面碳储量进行预测。主要研究内容和结果如下:　　 随着样点密度的降低，经典统计显示重复抽样下土壤有机碳均值及变异系数的波动逐渐增大，标准误差呈幂函数增加;地统计分析表明块金值和基底效应逐渐增加，偏基台、变程和决定系数的波动幅度逐渐增大，拟合残差呈幂函数增加，县域土壤有机碳库储量及其平均误差的波动逐渐增强，均方根误差呈幂函数增加。样点密度小于0.15个km-2时，以上变化均急剧增强。因此，科学、高效和经济估算县域农田表层土壤有机碳储量的最佳样点密度为0.15个km-2。　　 桃源农田表层土壤有机碳平均密度为4.38 kg m-2，变异系数为18.7％，属中等程度变异。土壤有机碳密度与碱解氮具有显著相关性，而与高程无相关。对土壤有机碳估值的交叉验证结果显示，反距离加权、普通克里格和协同克里格（高程和碱解氮分别为辅助变量）之间的平均误差无显著差异(-0.0014～0.0052)，但碱解氮为辅助变量的协同克里格插值方法均方根误差(0.44)显著低于其它3种方法(0.69)。因而，结合碱解氮的协同克里格插值法是桃源县农田土壤有机碳储量估算的最优方法。　　 水田和旱地的剖面有机碳方程C0-d=C0-0.2×Exp(k×((d-0.2)/d)b)拟合参数k(分别为1.22和1.20)和参数b（分别为1.61和1.76）两者间无显著差异，且两个参数均呈正态分布。交叉验证显示，基于参数均值的剖面有机碳预测值与实测值呈显著正相关(Y=0.94X，R2=0.77，P＜0.01)。因此，该方程可准确预测县域农田土壤剖面的有机碳的分布。　　 综合农田土壤剖面有机碳储量方程和最优空间插值方法，估算出桃源0～20 cm、0～50 cm、50～100 cm和0～100 cm农田土壤有机碳储量，分别为5.20 Tg、9.14 Tg、3.48 Tg和12.62 Tg。相对0～100 cm土壤剖面碳储量，0～20 cm、0～50 cm和50～100 cm土壤剖面的贡献率分别为41.2％、72.4％和27.6％。　　 综上所述，本研究提供了县域尺度农田土壤有机碳采样密度和储量估算的优化方法，可为经济、高效、准确估算县域有机碳储量提供理论指导和技术支撑。