土壤环境的保护和治理在促进草地健康可持续发展中发挥着关键作用。本研究利用地理信息系统技术，对汾河上游81个草原点的土壤养分状况进行了调查。以土壤化学性质为主要标准的聚类分析将81个地点的表层土壤分为3类。本研究评估了0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm这3个深度的土壤养分空间特征。研究发现，研究区草地土壤健康水平较差，自然含水率较低，全磷及碱解氮含量相对匮乏，土壤pH属弱碱性。各类养分相关指标的空间分布特征存在显著差异。不同指标在不同土层中的最佳拟合模型不同，多数指标的空间自相关性较弱，土壤养分空间变异主要受结构因素和随机因素共同影响；各指标在水平方向上存在明显的空间变异规律。土壤养分浓度高的地点周围也有土壤养分含量高的地点，即高-高集聚区，主要分布在汾河源头地区。土壤养分浓度低的地点也被土壤养分低的地点包围，即低-低集聚区，主要分布在汾河流域东部。低-高集聚区域较为分散，高-低集聚区较少，主要分布在汾河上游南部；在垂直方向上，土壤养分含量具有随着土层的加深而逐渐减少的趋势。各指标的集聚特征无明显的变化规律。研究结果可为退化草地修复提供科学合理的指导意见。