现今土壤中化学元素的组成、分布与分配规律，是第四纪地质历史演化的结果，受土壤表生地球化学作用的控制，因此不同的元素在空间上的分布存在着一定的模式。总体上来说，每一种空间模式，只是反映了空间元素在某一时间阶段的空间过程，随着时间的推移，空间元素在空间过程的作用下，其空间模式也会发生变化，如果空间过程比较稳定，且作用范围大，那么空间元素的空间分布模式在一定时间阶段内是比较稳定不变的，反之则是快速变化的。因此概化和定量刻画空间模式必须要清楚影响空间现象分布的复杂的空间过程，要对空间过程进行模拟，不管是统计模拟还是公式化定量模拟，都需要对空间信息的空间模式加以详细研究。本文利用华北平原现今最为完整的大量土壤调查数据，对华北平原As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Hg等8种重金属元素含量进行了统计分析和对比研究，对每种元素含量在华北平原的分布特点进行了综合分析与描述，并对八种重金属元素进行了单因子污染评价和综合污染评价，完整呈现了华北平原土壤重金属现状特点。为了更为深入地了解每种重金属元素在空间上的分布模式，本文将空间自相关分析技术引入到土壤元素空间分布模式研究上。本文首先对空间自相关和空间模式进行了理论研究，设计了不同网格模式进行了理论分析，展示了空间自相关技术对空间模式刻画的原理与能力，同时还从理论上深入研究了不同空间分辨率下的空间模式和对空间自相关的关系，并首次定量建立了理论关系，从而为具体研究华北平原8种重金属元素的空间模式提供了理论支撑。本文利用空间自相关技术对华北平原8种重金属的空间自相关模式进行了分析研究，建立了每种元素与空间分辨率的定量关系，最后得出了调查和监测两个尺度下每种重金属元素的合适网格密度与样本容量，该项成果和方法为下一步在华北平原开展土壤重金属调查和监测工作提供了重要的参考。