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河流系统的碳排放是构成全球碳素循环的重要环节,对全球温室效应的贡献不容小觑。沉积物是河流系统的主要碳库,是二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）两种含碳温室气体产生的重要场所。目前针对河流系统碳排放的研究多数集中于单一介质水体和水-气界面,忽略了碳素在河流沉积物中的转化、向上迁移与排放过程的研究。本文以三峡库区筑坝支流御临河为研究对象,考察了沉积物中各形态碳素的时空分布规律,从分子生物学层面深入调查了沉积物中CO2和CH4产排的微生物驱动机制,通过稳定同位素表征手段探明了御临河沉积物中有机碳的主要来源,并且对干湿交替环境下沉积物碳素的响应行为及其机理进行了探讨。主要研究内容与结论如下:（1）分别在三峡水库稳定蓄水期和稳定泄水期调研了沉积物碳素的时空分布特征,通过结构方程模型分析了沉积物中CO2和CH4产生的主要影响因素,结合沉积物-水界面和水-气界面CO2和CH4的释放通量,初步探讨了沉积物中CO2和CH4的产排过程。结果表明,御临河生态调节坝上游沉积物中有机碳含量富集,促进了CO2和CH4的产生,从而导致上游沉积物-水界面的CO2和CH4扩散通量大于下游。结构方程模型结果表明有机碳是蓄水期沉积物中CO2和CH4的主要影响因素,沉积物中溶解氧对CH4的负效应在泄水期显著增加,说明甲烷氧化过程对泄水期沉积物中CH4的迁移转化具有重要影响。在蓄水期,沉积物中CH4以扩散方式进入大气,上游水-气界面CH4通量大于下游;在泄水期,沉积物中CH4主要以冒泡途径释放,下游水深较浅,成功逸出水面的CH4气泡多,水-气界面CH4通量远高于上游;同时,泄水期下游水位落差大,水体流速快,有利于陆源CO2输入水体,导致水-气界面CO2通量较高。（2）利用高通量测序和定量PCR对沉积物与水体的微生物群落结构、产甲烷菌和甲烷氧化菌丰度、以及基于功能预测的碳源代谢和甲烷代谢路径进行分析,从微生物代谢层面解析了沉积物中CO2和CH4产排的微生物驱动机制。研究发现,沉积物中的产甲烷微生物以氢营养型产甲烷菌为主;泄水期温度升高,沉积物中参与碳源代谢路径的功能酶丰度增加,促进了沉积物中CO2的产生,CO2作为氢营养型产甲烷菌的底物,进一步促进了泄水期沉积物中的产甲烷过程,而沉积物中好氧甲烷氧化菌丰度的增加导致扩散至上覆水中的CH4浓度降低;泄水期上游水体中产氧光细菌的光合作用降低了水体中CO2,从而降低了上游水-气界面CO2通量,下游水体中来源于根际土壤和植物的放线菌丰度显著高于上游,进一步验证了陆源输入是下游CO2通量较高的主要原因。（3）基于稳定同位素表征手段,对沉积物中有机碳进行了溯源分析。御临河沉积物的δ13C值介于-26.72‰～-26.41‰,δ15N值介于0.98‰～3.52‰,C/N值介于8.31～12.87;定性分析结果表明御临河沉积物中的有机碳主要来源于藻类和陆源C3植物;双端元混合模型的计算结果表明沉积物中陆源C3植物对有机碳的贡献（＞75%）大于内源藻类（＜25%）。（4）通过室内模拟实验研究了消落带沉积物中碳素的迁移转化,对消落带碳素的源汇转化过程及其驱动机制进行了解析。落干期,植物生长固碳,淹水后,植物体内碳素释放到沉积物和水体中,提升了沉积物中碳源代谢路径功能酶和产甲烷菌的丰度,促进了沉积物中CO2和CH4的产生,对消落带系统的碳排放具有正向的驱动效应。在淹水之前将植物地上部分收割,消落带系统从碳“源”转变为碳“汇”,在整个干湿交替环境下,植物调控可将消落带碳排放量减少48%。综上所述,三峡库区支流沉积物碳素的迁移转化过程与河流筑坝和三峡水库调度引发的水文环境变化以及植物演替密切相关。本研究补充了对复杂水文条件下河流系统碳素循环的认知,对于全面了解三峡库区调度方式对筑坝支流碳排放过程与影响机制具有重要意义,并且为三峡库区消落带碳排放核算和碳减排策略提供了科学依据。