全球近70%的主要河流都被大坝拦截，河流经筑坝拦截后发生了一系列水动力、水化学以及生态系统结构与功能的变化。西南地区水电占我国可开发量的68%，该地区现在和未来都是我国河流筑坝的重点区域，但针对河流拦截导致的碳氮循环机理和全球变化关联的系统研究还较为缺乏。因此，近5年来我们主要针对西南喀斯特地区河流筑坝对河流碳、氮迁移转化特征及控制机制；蓄水河流物质循环变异的环境影响以及对蓄水河流人为优化调控的建议等方面通过水化学与同位素特征分析等手段进行深入探究，以期通过西南大坝的碳氮拦截效应研究为地区可持续发展提供科学支撑。
河流筑坝作用对碳循环的影响
河流筑坝后自然河流水动力条件被显著改变，水流趋缓，并在人为调控下形成滞留时间不同的水库。以西南喀斯特地区筑坝时间最久且具有明显季节性水体分层的乌江渡水库（季调节）为例，通过水化学及稳定碳同位素等手段对碳的迁移转化关键过程进行示踪表明，河流筑坝后水体中碳循环已由自然河流状态的碳酸盐岩风化调控为主转变为受到风化作用、藻类光合作用、CO2脱气以及有机质降解等多过程共同调控的河流-水库系统，并在库区表现出明显的湖沼学发育特征。为进一步深入探究梯级筑坝对碳循环的影响，我们选取了7座不同滞留时间与海拔的水库进行对比分析表明，水体溶解无机碳水化学行为不仅受到水体滞留时间的影响还受到大气温度的季节性调控。经计算，当水体滞留时间一定时，气温每升高1℃，相对于河流段库区溶解无机碳浓度增加约6%。且在气温越高的地方，水库效应愈加明显。位于乌江梯级水库群下游的思林水库虽然滞留时间仅为22天，但由于下游地区年均气温较高导致下泄水CO2分压是乌江上游洪家渡水库（滞留时间：368天）的1.6倍。综上所述，河流筑坝后大大加速了碳的生物地球化学循环，并主要受控于水体滞留时间与温度的季节性变化。
河流筑坝作用对氮循环的影响
河流筑坝后，不同滞留时间的水库会形成不同程度的水体热分层现象。热分层形成后严重影响水体水化学分布特征，随着剖面深度的增加水体温度和溶解氧浓度显著降低。通过硝酸根（NO3-）浓度及其氮氧同位素特征我们发现在水体形成的真光层，温跃层以及深水层区域由于水化学参数的不同会使得水体氮的地球化学行为受到硝化与反硝化作用的影响，从而影响到水体中氮的形态及含量分布，进而驱动了N2O的产生和释放。通过对乌江梯级水库群进一步探究，我们还发现水库水力负荷（平均水深/滞留时间）是控制水库N2O释放的关键因素。河流筑坝后，不同水库会在人为调蓄影响下导致水体滞留时间和静水区水体深度的不同，进而对溶氧分布及N2O产生与释放产生影响。因此，水库水力负荷能够很好地指示在不同人为调蓄作用下N2O产生与排放的潜能。
西南喀斯特地区河流梯级筑坝作用使得河流水动力条件减弱形成不同程度的热分层。在形成的河流-水库系统中，不同的生物地球化学行为对水体内碳氮循环产生显著影响，并驱动水库下泄水体中温室气体(CO2, N2O)的快速释放。通过现阶段的研究表明，水体滞留时间和气温的季节性变化是水体碳氮循环的主要控制因素。在滞留时间越长，气温越高的地区对碳氮循环的影响越显著。而在以日调节为主，滞留时间较短的水库中可以发现水体中碳氮的水化学行为并未受到明显改变。综上所述，我们的研究为识别梯级水库群中不同类型水库的筑坝效果提供了新的视角。通过梯级水库群优化人工调控改善水质可以为减少温室气体排放，帮助应对生态风险并为削弱筑坝效应提供科学依据。
主要成果列表：
[1] Xia Liang*, Tao Xing, Junxiong Li, et al. 2019. Control of the Hydraulic Load on Nitrous Oxide Emissions from Cascade Reservoirs. Environmental Science & Technology. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b03438
[2] Wanfa Wang, Si-Liang Li*, Jun Zhong, et al. 2019. Understanding transport and transformation of dissolved inorganic carbon (DIC) in the reservoir system using δ13CDIC and water chemistry. Journal of Hydrology. 574, 193-201. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.04.036
[3] Wanfa Wang, Si-Liang Li*, Jun Zhong, et al. 2020. Climatic and anthropogenic regulation of carbon transport and transformation in a karst river-reservoir system. Science of the Total Environment. 707. https://doi.org/135628.10.1016/j.scitotenv.2019.135628
[4] Qiong Han, Baoli Wang*, Cong-Qiang Liu, et al. 2017. Carbon biogeochemical cycle is enhanced by damming in a karst river. Science of The Total Environment. 616, 1181-1189. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.10.202
[5] Baoli Wang*, Haitao Zhang, Xia Liang*, et al. 2019. Cumulative effects of cascade dams on river water cycle: Evidence from hydrogen and oxygen isotopes. Journal of Hydrology. 568, 604-610. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.11.016
[6] Baoli Wang*, Xiaolong Qiu, Xi Peng, et al. 2018. Phytoplankton community structure and succession in karst cascade reservoirs, SW China. Inland Waters. 8, 229-238. https://doi.org/10.1080/20442041.2018.1443550
[7] Jun Zhong, Si-Liang Li*, Hu Ding, et al. 2018. Mechanisms controlling dissolved CO2 over-saturation in the Three Gorges Reservoir area. Inland Waters. 1-9. https://doi.org/10.1080/20442041.2018.1457848
[8] Xiaolong Liu, Si-Liang Li*, Zhongliang Wang, et al. 2018. Sources and key processes controlling particulate organic nitrogen in impounded river-reservoir systems on the Maotiao River, southwest China. Inland Waters. 8, 167-175. https://doi.org/10.1080/20442041.2018.1462612
