本文以乌江流域河水、悬浮物和沉积物为研究对象,测定河水多项水化学指标（阴阳离子、碳酸盐矿物饱和指数和溶解CO₂分压）和多种稳定同位素比值(δ¹³C-DIC、δ¹⁵N-NO₃^-和 δ¹⁸0-NO₃^-、δ³⁴S-SO₄^2-和 δ¹⁸O-SO₄^2-),分析悬浮物和沉积物颗粒有机碳（POC）碳、氮同位素及沉积物的常微量元素地球化学特征,解析乌江河水主离子来源及影响因素,估算碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化速率及大气CO₂消耗通量,探究POC来源和输出特征并估算流域物理侵蚀速率,结合沉积物常微量元素特征判别沉积物来源并分析化学风化程度及影响因素,得出主要结论如下:乌江流域水化学类型分为HCO₃^--Ca²⁺·Mg²⁺和HCO₃^-·SO₄^2--Ca²⁺·Mg²⁺型,主要受碳酸盐岩溶解影响。δ¹³C-DIC平均值为-8.67‰;δ³⁴S-SO₄^2-和δ¹⁸0-S042-平均值分别为-1.21‰和4.70‰;δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸0-NO₃^-平均值分别为7.21‰和3.46‰。利用稳定同位素质量平衡模型分别估算DIC、SO₄^2-和NO_<sup>3-来源,结果表明:63%的DIC来自于碳酸盐岩溶解,73%的SO₄^2-来自于硫化物氧化,65%的NO₃^-来自于土壤有机质。水化学特征和碳、硫和氮同位素特征表明,乌江流域主要的化学风化过程为碳酸溶解碳酸盐岩。此外,硫酸和硝酸也参与了化学风化。采样正推法估算得硅酸盐岩和碳酸盐岩平均风化速率分别为7.2 t/（km²·yr）和76 t/（km2·yr）,消耗大气 CO₂通量分别为 1.08×10⁵mol/（km²·yr）和 4.33×10⁵mol/（km²·yr）,高于仅碳酸溶解碳酸盐岩的CO₂消耗通量,表明强酸增强了岩石化学风化速率降低了大气CO₂的消耗通量。乌江悬浮物和表层沉积物碳、氮同位素特征表明悬浮物和沉积物有机质具有不同来源:悬浮物有机质67%来源于水生浮游植物,沉积物有机质77%来源于C3和C4植物碎屑。乌江POC侵蚀模数为0.13t/（km²·yr）,明显低于其他世界大河（除了叶尼塞河和鄂毕河外）。水库和气候对乌江POC输出具有重要影响。如果忽略水库的运行时限,埋藏在水库中的POC形成的碳汇在区域碳循中也应加以考虑。利用河口悬浮物含量和径流量估算得到的研究流域的物理侵蚀速率约为17.5 t/（km²·yr）,明显低于化学风化速率,表明化学风化是乌江流域风化侵蚀的主要控制过程。乌江表层沉积物常量、微量和稀土元素的地球化学特征指示典型的陆源沉积物特征。研究河流沉积物物源具有空间变化,上游具有较多的铁镁质组分,下游具有较多的长英质组分,与乌江地质构造一致。乌江沉积物的CIA值变化范围为63～86,指示中强度风化。气候和源岩类型是化学风化的重要影响因素。