灵空山自然保护区内土壤为石灰岩、白云岩等母岩上发育而成的山地褐土、山地淋溶褐土和山地棕壤，区内土壤类型共分为山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮土、新积土、粗骨土、石质土7个土类，8个亚类，14个土属，33个土种。

海拔2000m以上的山顶平台、缓坡处分布着山地草甸土，该土全部为自然土壤，下限与棕壤、淋溶褐土等衔接；海拔1700m~2056m的中山区分布着棕壤，其上限与山地草甸土接壤，下限与褐土中的淋溶褐土亚类衔接，有时亦与之呈复域存在，其所处地区地形坡度较大；海拔1380m~2000m的山地、丘陵、沟谷分布着褐土，从垂直地带上讲，保护区内褐土可分为山地淋溶褐土、山地褐土两个亚类。其中，山地淋溶褐土主要分布在海拔1356m~2000m的林冠下，一般上接棕壤或复域分布，下为山地褐土，该类型土壤占全区的62.3%，土体中进行着比较强烈的淋溶脱钙和淋溶黏化淀积化过程，属中厚土层，土壤呈中性，pH值6.7~7.5；山地褐土主要分布在1356m~1600m的中山地带，多分布于淋溶褐土之下，或是复域分布，土体中有较明显的黏化层和钙积层，表层石灰反应或弱反应，pH呈中性或微碱性。