化能自养微生物可以在无光条件下直接利用CO2合成有机碳，在深海热泉、海底沉积物、海岸带沉积物、湖泊环境中都发挥着重要作用。沉积物-水界面是水库、湖泊中生化反应最活跃的区域之一，氧气在沉积物表层数毫米内迅速耗尽，为化能自养固碳微生物提供了大量还原性物质和理想的化学梯度，化能合成过程的速率可高出水体三个数量级。对于水库沉积物中化能自养固碳过程的量化研究可增进我们对水库碳循环、碳排放机理的认识，有助于评价有效的策略，以减少水电系统对全球变暖的影响。因此，本文采用同位素标记培养技术，通过模拟实验对乌江流域三个梯级水库沉积物的化能自养固碳速率、有机质矿化速率进行了定量研究，分析其与理化性质相关性，对沉积物中卡尔文本森循环的关键酶编码基因cbbL、cbbM进行高通量测序以探究群落多样性。本研究得出的主要结论如下：（1）沉积物样品经甲醛处理后的固碳速率因微生物活性被抑制而接近于0，与对照组固碳速率有很大的差异，证明微生物是固碳过程的主要承担者。（2）乌江流域梯级水库沉积物化能自养固碳速率范围为1.53~14.73 mmol C·m-2·d-1，水库沉积物具有较高固碳潜力。此外，固碳速率随温度升高而加快。（3）表层0-15 cm沉积物矿化作用活跃。表层0-2cm化能自养固碳速率占矿化速率比例为9.63%~72.00%，化能自养固碳是沉积物碳循环的重要组成部分。根据相关性分析结果，适当延长水库滞水时间有利于减少沉积物-水界面温室气体排放。（4）沉积物化能自养固碳速率与沉积物氮含量、硫含量显著相关，化能自养微生物群落主要包括硝化细菌、硫氧化细菌。（5）含有cbbL基因微生物群落多样性和丰度均高于含cbbM微生物，沉积物中通过卡尔文循环进行自养固碳的微生物90%以上属于未命名或未鉴别微生物，微生物资源丰富。可鉴别的微生物主要属于α、β、γ变形菌，属水平上的物种分析表明它们包括了参与N、S、H、Fe循环。少量蓝藻门微生物也参与了自养固碳过程。