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地表岩石-土壤-生物-水-大气相互作用带被称之为地球关键带。在这一关键带中，岩石和矿物的风化与成土过程是大气圈、生物圈、岩石圈和水圈相互作用的主要形式，其内部的物理、化学和生物过程控制了地表生境、改变了地球表面形貌，并提供了维持生命的资源。中国西南喀斯特地区面临着土壤退化、水土流失和石漠化等严重的生态环境问题，集中表现为人与自然的剧烈冲突。本研究采用关键带理论框架来构建西南喀斯特区域内物质循环过程，通过耦合界面过程解析整个关键带中物质迁移，进而探讨喀斯特生态系统中物质循环的控制因子，从而为喀斯特地区生态环境治理提供科学依据。 本论文以主量元素、微量元素以及同位素地球化学为研究手段，分别选取了普定和荔波的两个代表性小流域为研究对象，对流域内大气-植被-土壤-地下水的物质循环途径进行了深入的分析。取得了以下结论。 1.普定和荔波湿沉降研究结果显示，普定地区的湿沉降在酸性物质(SO42-、NO3-)输入量不变的情况下，pH值相对荔波偏高，这是由于局地碱性物质的输入对上述酸性物质起到中和作用;而荔波地区湿沉降中Ca2+和NH4+较高，可能与碳酸盐岩地质背景以及当地良好的森林植被有关。对干沉降研究发现两地降尘量有较大差异，普定地区降尘量比荔波地区高一个数量级，体现了两地的森林覆盖率以及人为活动的强弱的差异;两地降尘量季节变化都呈现出大致相同的趋势，即夏秋季节降尘少而冬春降尘较大，这主要是由于夏秋季节植被茂盛，地表覆盖度整体高于冬春季节。对两地干沉降中REE含量及配分模式研究发现:普定区域ΣREE含量随月份变化较大，变化范围在34.1 mg/kg到138.6mg/kg，其平均值为79.9mg/kg;而荔波地区干沉降∑REE量明显小于普定，其干沉降∑REE变化范围31.0mg/kg到88.2mg/kg之间，其平均值为11.5mg/kg。两地中干沉降的REE含量与降尘量是一致的，∑REE含量随降尘量增加而升高;两地中表层土壤中REE和大气干沉降REE配分模式中均具有轻REE(LREE)和重REE(HREE)亏损的特征，表明了大气降尘自然来源的特征。 2.通过对普定、荔波两地中不同土地利用方式下的地表优势植物以及土壤有机质C含量和C稳定同位素组成的对比，发现两地石灰土中有机C含量变化范围在0.2％～8％之间，主要是由于生物富钙作用以及与粘土颗粒结合形成稳定体的作用。在不同土地利用方式下，C3/C4植被覆盖下土壤有机质含量变化不大，但是δ13C值表现出明显差异，C3植被覆盖下土壤中δ13C值变化范围在-28‰～-25‰;而C4植被覆盖下的δ13C值变化范围在-22‰～-17‰; C3/C4混种地区δ13C值介于-25‰～-19‰。在农业用地中，有机C含量均不超过3％，这是受到人为活动影响，但是在土壤底层表现明显富集13C，说明在土地利用转化前表层植被的特性。不同土地利用下的植被和表层土壤中有机C含量与δ13C值发现:C3植被覆盖下，有机碳含量与δ13C值线性相关，普定地区相关系数为0.60，荔波地区为0.75; C4植被覆盖下有机碳含量与δ13C值线性相关，普定地区相关系数为0.89，荔波为0.93，表明C4植被与地表层有机质相关性高于C3植被，荔波地区植被与土壤有机质相关性更高。普定、荔波土壤中δ13C值在土壤垂直剖面上的变化均呈现随着深度的增加而升高，到达最大值后减少。这一现象由于表层有机质分解过程中释放12C，而残留有机质中富集13C，出现了表层δ13C值的增加。残留有机质与粘土矿物形成颗粒物，由于有机质与粘土在不同粒径上的结合，导致细颗粒富集12C，在水动力和重力作用下沿剖面迁移过程，导致土壤中底层有机C同位素的动力学分馏。 3.对不同土地利用方式下土壤剖面的REE含量及分布特征研究，发现普定地区中ΣREE含量介于58～430mg/kg之间，平均值在264mg/kg。其中灌丛(YPG)和草坡(CQC)中REE明显低于其他土地利用下的土壤ΣREE，而这两种土地利用下的有机质含量高于其他土壤中有机质含量，而有机质中REE含量较低，对土壤中REE的含量起到了稀释作用。整个区域中REE配分模式中表现中稀土MREE（Eu到Dy）富集的现象。在荔波地区中ΣREE介于22～259mg/kg之间，平均值为45mg/kg，各个剖面中∑REE在整体上没有明显差异，而导致这一现象原因可能是长期有机质输入，导致REE高度亏损，表现为在整个剖面上碳同位素差异不大。而该地区中REE配分模式中表现重稀土HREE相对富集现象。 4.普定和荔波地下水研究表明:阳离子主要以Ca2+和Mg2+为主，而阴离子以HCO3-和SO42-为主。普定地区地下水DIC（溶解无机碳含量）分析结果，雨季含量变化在2.06到3.16mmol/L，平均值为2.70mmol/L;旱季含量变化在1.92到3.44mmol/L，平均值为2.65mmol/L。荔波雨季DIC含量变化在2.86-3.84mmol/L，平均值为3.3mmol/L;荔波旱季DIC浓度变化在3.12-4.12mmol/L，平均值为3.6mmol/L。荔波地下水在雨季DIC含量明显低于旱季，主要是由于雨季大量降雨的稀释作用。普定和荔波雨季的δ13CDIC平均值分别为-11.27‰和-13.02‰;旱季的δ13CDIC平均值分别为-8.53‰和-14.90‰。雨季δ13CDIC相对旱季δ13CDIC相对亏损13C，可能是雨季更强的生物活动。此外，原始森林覆盖的荔波具有偏低的δ13CDIC，而普定陈旗流域具有偏高的δ13CDIC，反映了不同土地利用方式对地下水δ13CDIC的影响。