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多年冻土区小流域尺度上的水文过程一直是寒区水文学研究的热点领域，而降水入渗过程、坡面产流过程、河道汇流过程也是地球化学元素和地表生源物质迁移的重要通道。因此，从水循环和物质迁移的角度出发研究青藏高原多年冻土区小流域环境水化学特征，对于认识气候变暖背景下冻土区水资源保护、水环境的演化机理和生物地球化学元素迁移具有重要意义。本文选取青藏高原多年冻土区典型流域—风火山小流域为研究区，充分利用流域内已有的大气-植被-土壤等水、热观测体系，以野外试验和室内分析相结合的手段，系统研究了不同水体的同位素特征、流域水文过程及水化学演化机制，揭示了以多年冻土为基础的风火山流域河流碳、氮输出特征及控制因素。 本研究主要内容包括：⑴风火山流域不同水体氢氧同位素特征表明:大气降水中氢氧同位素δD和δ18O平均值分别为-54.18‰和-9.24‰，温度效应和降水量效应明显，风火山地区局地大气降水线方程为:δD=9.53δ18O+33.82，降水气团受海洋性气团和陆地局地气团的交替影响，后向轨迹图模拟显示风火山地区5月、6月、10月份降水气团来源于西风带的远程输送，7-9月份大部分的降水气团来自印度次大陆和孟加拉湾，我国东部海岸和内陆地区的局地气团也会对降水产生重要影响;河水中δD和δ18O的平均值分别为-62.73‰和-9.35‰，随植被盖度的增加，风火山流域及其各个支流中δ18O含量表现出一定的上升趋势，说明植被分布是造成风火山流域河水同位素空间差异的主要原因;地表覆被类型和盖度对土壤水中氢氧同位素具有重要影响，高寒草甸土壤水中δ18O大于高寒沼泽，植被盖度越低，土壤水中δ18O越高;利用氘盈余质量平衡法，对风火山流域年径流量做径流分割，结果显示34.4％的河水是由降水直接贡献的，地下水对河水的贡献比例为65.6％，这与实际观测结果是一致的。⑵风火山流域不同水体水化学时空特征及控制因素的研究表明:风火山地区天然降水中总溶解固体(TDS)浓度平均值为30.36 mg l-1，优势阳离子为Ca2+和NH4+，HCO3-在阴离子中占绝对优势，水化学类型为HCO3--Ca2+-NH4+，降水形态（降雨或降雪）对离子浓度没有显著影响，各组分离子表现出较强的时间变异特征，降水中的HCO3-、SO42-和Ca2+主要来源于矿物气溶胶，NO3-（和部分SO42-)主要来源于大气中的酸性气溶胶，NH4+主要来源于高原上牛羊粪便的氨挥发;河水中TDS浓度平均值为1419.1 mg l-1，优势阳离子为Na+和Ca2+，优势阴离子为SO42-和Cl-，水化学类型为SO42-Cl--Na+-Ca2+型，从5月-10月河水中阳离子Ca2+和Mg2+的比重增加，(Na++K+)比重在降低，对阴离子而言SO42-和(CO32-+HCO3-)所占的比例在增加，而Cl-所占比例在降低，河水水化学类型有向SO42--HCO3--Ca2+-Mg2+类型转变的趋势。Gibbs图分析说明风火山流域的河流水化学组成受岩石风化和蒸发结晶的双重影响，而蒸发结晶作用比岩石风化对河水化学组分的影响更大;风火山流域地下水位埋深受植被类型和盖度的影响表现出明显的季节差异，植被盖度越小，地下水位埋深越大，高寒草甸的地下水位埋深要明显大于沼泽草甸;高寒草甸地下水化学类型为HCO3--C1--Na+型，沼泽草甸地下水化学类型为SO42--HCO3--Na+-Ca2+-Mg2+型，说明沼泽草甸地下水的矿化程度要明显高于高寒草甸，Gibbs图分析说明流域地下水组成主要受岩石风化和蒸发结晶的双重影响，而且以岩石风化为主。⑶对风火山流域河流溶解碳输出特征及影响因素的研究表明:流域内年径流输出量为161.40 mm，大约有400.10×106 g溶解无机碳(DIC)和81.73×106g溶解有机碳(DOC)从陆地生态系统搬运到河流系统中;河水中DIC和DOC的输出浓度分别为17.75和4.05 mg l-1，输出通量分别为3.56 g C m-2 a-1和0.73 gC m-2 a-1;径流量与河流DIC和DOC的输出浓度和通量均表现为明显的正相关;植被盖度越大，DIC和DOC浓度越大，而通量却由于植被的截留蓄水作用而减少;多年冻土活动层的融化深度与DIC和DOC的浓度和通量表现为显著的正相关关系，说明活动层的融化过程控制着DIC和DOC的释放;风火山流域河流溶解碳的输出量只占陆地生态系统碳排放的2.79％，说明青藏高原多年冻土区通过大气交换的垂直方向上碳的输出量远远大于通过河流搬运的水平方向上的碳的输出量。⑷对风火山流域河流总氮(TN)输出特征及影响因素的研究表明:2014年大约有31.13×106 gN从陆地生态系统进入河流系统，TN平均浓度为1.99 mg l-1，通量为0.28 g N m-2 a-1;其中风火山2#支流为整个流域河流氮素的主要贡献者，3#支流可以代表整个流域的平均水平;TN的浓度与河水径流量表现为负相关，以稀释作用为主;随着植被盖度的增加，河流氮素的浓度和通量均表现为下降的趋势，说明河流中氮素的输出是植被固定、径流搬运综合作用的结果;在0-60 cm土层内，河流总氮的输出浓度随活动层融化深度的增加而增加，当融化深度超过70 cm，活动层融化深度对河流总氮浓度的影响不明显，河流总氮的输出通量却与活动层融化深度表现为显著的指数正相关，主要原因在于融化过程深刻影响着河流的水文过程。