Mejorar el contenido de carbono orgánico del suelo (COS) en tierras agrícolas es crucial para el mantenimiento de la calidad del suelo y la seguridad alimentaria. Sin embargo, la relación entre la rotación de cultivos y la captura de COS sigue siendo poco clara. Utilizamos datos de muestra sobre COS, recolectados en septiembre de cada año, de tierras cultivadas para el monitoreo de calidad desde 2017 hasta 2021, combinados con información sobre el sistema de cultivo extraída espacialmente, y nos centramos en los efectos de la rotación de cultivos de trigo-maíz en el Cuenca del río Sushui. Un análisis de varianza (ANOVA) indicó que el contenido de COS solo era significativamente diferente entre el monocultivo de trigo y el monocultivo de maíz. Entre los tres sistemas de cultivo, la rotación de trigo-maíz no mostró una superioridad absoluta. El análisis Geodetector mostró que el sistema de cultivo dominaba la distribución espacial del carbono orgánico del suelo (p = 0.05), pero su factor explicativo era solo del 5%, y el poder explicativo mejoró significativamente después de la interacción con otros factores. La regresión ponderada geográficamente mostró que la rotación de trigo-maíz tenía un efecto de compensación con la elevación y efectos sinérgicos con la lluvia y el pH. Mostró un efecto sinérgico con la temperatura en el suroeste y un efecto de compensación en el noreste. Los grados de compensación y sinergia variaron espacialmente entre todos los factores interactuantes. Nos centramos en la heterogeneidad espacial del carbono orgánico del suelo en una pequeña cuenca, y los resultados tienen una significación científica para la disposición de los sistemas de cultivo de acuerdo con las condiciones locales y la mejora en los niveles de carbono orgánico del suelo.