如何减少采样数目，设计出能够减少采样费用的最优采样策略，是许多环境科学和地球科学工作者一直关心的问题。长期以来，对于土壤的优化采样策略的研究主要集中在二维的水平方向上。近几年来，也有不少学者对三维土壤的空间特性进行了研究，但对于三维土壤的优化采样策略的研究还很少。 三维土壤空间变异问题可以看作是水平方向和垂直方向上的空间变异问题。由于沉积等作用，水平方向上具有大尺度的空间变异性而垂直方向上具有小尺度的空间变异性。由于垂直变异函数能够表征小尺度的空间变异性及层与层之间的空间相关关系，本文采用"非层化"的方法，同时应用了垂直和水平方向的空间相关结构，产生比"层化"法小的克里金插值误差方差并能抓住更多的空间变异性。在与"层化"法产生的克里金误差方差相等的前提下，"非层化"法可以减少柱状采样数目，达到优化三维土壤采样的目的。 本文利用序贯高斯模拟法，在已知变异函数的前提下产生水平和垂直方向变程不同的随机场，通过增加点与点之间的间隔分别提取单层和柱状的数据，分别运用"层化"和"非层化"法进行克里金插值，比较了"层化"和"非层化"克里金插值误差方差，估计值与原始数据之间的相关关系后，确定垂直方向所能够利用的最多的层数(五层)，以一个具体的变异函数模型研究了在不影响对土壤三维空间特性的表达(即克里金插值误差方差与“层化”法一致，估计值与“层化”法接近)的基础上，利用垂直方向上的空间连续性(即“非层化”的方法)减少三维空间中的柱状采样点，并计算出了“非层化”法比“层化”法所能减少的采样费用。研究了在不同的采样精度要求下，能够减少的采样点以及采样费用。本文还研究了不同的变异函数模型参数(水平方向变程，块金值，基台值)变化时，其克里金插值的误差方差，估计值与原始数据之间的相关关系的变化，探讨了应用“非层化”法的优劣。把充分利用垂直方向上的空间连续性的“非层化”方法应用于三维土壤的采样，相比于“层化”的方法，在不影响对土壤三维空间特性的表达的前提下，能够大大降低实际中的采样费用。