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河流是陆地生源要素输送至海洋系统的重要通道,对全球碳循环有着重要的作用。然而,19世纪以来随着全球经济的快速发展,人类对清洁能源的需求导致全球河流筑坝发电成为解决能源需求的重要方式。河流筑坝作用严重改变了原有的水文情势和生源要素的生物地球化学过程。河流筑坝后水动力学条件趋缓、水力滞留时间（HRT）延长、库区水温相对恒定、生源要素被拦截、营养负荷增加,最终导致库区湖沼学发育显著。以往的研究没有综合考虑诸多因素的影响,因而难以准确理解河流梯级筑坝的环境效应及碳循环影响机理,尤其是水动力条件制约下的不同碳形态在梯级水库中的迁移转化规律、受控机制和环境效应。为了更好地探究喀斯特河流梯级筑坝作用对碳循环的影响,本研究于2017年1月（冬）、4月（春）、7月（夏）、10月（秋）,对乌江干流和猫跳河支流总计8座具有不同水力滞留时间水库的入库水、库区剖面水和下泄水进行水样采集。此外,为了更好地探究喀斯特河流-水库系统对颗粒无机碳（PIC）迁移转化的影响机制和环境效应,本研究于2018年8月对乌江梯级水库的龙头水库（洪家渡水库）自河流区至下泄水区进行走航采集水样、悬浮颗粒物以及库区沉积物样品。采集的水样通过原位以及室内分析获取基本水化学参数和同位素数据,主要包括:水温（WT）、p H、溶解氧（DO）、电导率（Ec）、主量离子、溶解无机碳（DIC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）、δ13CDIC、δ13CPIC、Δ14CDIC、Δ14CPIC数据。同时对PIC进行扫描电镜分析以观察其形态变化,并结合水化学和同位素数据探究不同形态碳在喀斯特河流水库系统和梯级水库中的迁移转化过程和受控机制。本研究主要得到以下结论:（1）筑坝作用对基础水质参数的影响:水体水温（WT）、p H、溶解氧（DO）、叶绿素（Chl-a）、总溶解颗粒物（TDS）等基本水质参数指标具有显著的时空异质性。在河流区水体水质参数与其他自然喀斯特河流类似,p H、DO、TDS维持在较高的水平。而在梯级水库库区和下泄水则存在显著的异质性。在丰水期（4月和7月）,水体热分层显著的洪家渡、红枫湖、东风、乌江渡等水库库区表层水体WT、p H、DO、Chl-a显著高于入库水和下泄水,且随着剖面深度的增加上述指标明显降低,并在深水层保持稳定。而以日调节为主的索风营、彭水等水库中,水质指标相对稳定,趋于自然河流状态。在枯水期（1月和10月）,随着热分层减弱甚至消失,各水质参数变化显著减小,库区剖面水体趋于混合。上述研究结果表明,人为调蓄与季节交替是影响河流水库系统水质参数的重要影响因素。（2）筑坝作用对岩石风化速率估算的影响:通过对乌江梯级水库中不同水力滞留时间的水库（多年调节:洪家渡水库;季调节:乌江渡水库;日调节:索风营水库）的静水区和下泄水区进行风化速率估算和对比研究表明,上述3个水库的全年风化速率变化范围与HRT的顺序一致,即:洪家渡水库（-1.7%～15.4%）＞乌江渡水库（-0.3%～3.4%）＞索风营水库（-5.6%～-2.4%）。上述研究结果表明,人为调蓄影响了水体水化学特征,导致不同水库中水化学分布存在差异。而在以往流域风化的相关研究中往往忽视水库的作用,今后在进行评估流域岩石风化速率时应将筑坝作用考虑在内,从而提高估算结果的准确性。（3）筑坝作用对无机碳迁移转化的影响:与其他喀斯特河流类似,水体中阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO3-和SO42-为主,这表明河流水化学组分深受碳酸盐岩风化的影响。然而由于人为筑坝作用导致河流水库系统不同区域水化学特征存在显著的季节差异。δ13CDIC在库区显著偏正而随着剖面深度增加明显偏负,表明河流水库系统水体中不同区域DIC受到了浮游藻类光合作用、次生碳酸盐沉淀与溶解、有机质降解、CO2脱气等诸多过程的共同影响。此外,通过对乌江梯级水库PLS模型研究,结果显示气温（Ta）和HRT是影响水体DIC和δ13CDIC的主要参数。通过分别拟合Ta/HRT和Δ[DIC]与Ta/HRT和Δ[δ13CDIC]发现上述拟合结果具有明显的线性相关,进一步表明乌江梯级水库中DIC浓度及其碳同位素值主要取决人为调蓄引起的HRT变化与不同季节差异化藻类生物作用的影响。通过比值Ta/HRT可以帮助更好地判断喀斯特河流筑坝作用对DIC水化学行为的影响程度。（4）河流水库系统PIC、DIC的来源及受控机制:通过在洪家渡河流水库系统进行走航采样分析δ13CDIC、δ13CPIC、Δ14CDIC、Δ14CPIC、水化学及PIC的SEM数据表明,来源于河流的PIC在库区已不占主要,在库区真光层有着明显的次生作用,真光层高达91%的PIC来源于次生作用。在下泄水中也有高达49%的DIC来源于次生PIC,表明筑坝作用引发次生PIC沉淀作用的同时,又加快其溶解,使得次生PIC成为喀斯特河流水库系统中不可忽视的重要一环,而这在以往的研究中并未引起足够重视。（5）梯级筑坝对CO2排放的影响与指示指标探究:结合本研究数据与全球总计43座水库（均为坝高大于15m的中大型水库）库区CO2排放速率数据统计分析表明,在库区CO2排放指数Ri（HRT/NWL,水力滞留时间与水库正常蓄水位之比）与CO2排放速率和δ13CCO2均有显著的相关性。且相比HRT,Ri在0到1的范围内可以更好地指示CO2在水库表层水体的排放速率。综上所述,本研究主要阐明了喀斯特梯级水库中碳的迁移转化过程及控制机制,重点分析了不同形态碳在水气界面和变温层界面的关键生物地球化学过程以及环境影响效应。该结果将为今后水库管理制定多标准优化方案和权衡考虑水力停留时间和水环境负面效应削减等规划管理措施提供参考。为进一步弱化水库效应和减少碳排放提供了基础理论支撑,使水库成为更加清洁的可持续发展能源。