关于水库作为温室气体来源对大气存在影响或潜在影响，有待解决的主要问题如下：
水库蓄水前的流域温室气体状况如何？
水库和部分流域测量到的主要温室气体通量范围是什么？
水库及部分流域沉积物中积累的碳储量和净初级生产量是多少？
由于水库建设，温室气体通量和碳储量的比例是多少？
如果有必要，是否有可能减少水库中温室气体的排放？
在以下章节中，对内陆水域的碳循环和一般可用数据作了介绍，包括主要的原则，突出了几种不同的方法，强调考虑净排放量的重要性，蓄水前后评估，以及自然和人类活动对碳和流域营养负荷的影响。
II.1.以往工作
据Cole等人（2007年）估计，内陆水域每年都会以近似于陆地景观1.9pgc/年的速度从背景和人类活动改变的资源结合方式中获取淡水，其中0.2进入水体沉积物，至少0.8（可能更多）再次释放到大气中进行气体交换，而其余的0.9pgc/年输送至海洋。因此，淡水系统对自然碳循环具有重要的作用。
在过去的10年中，淡水水库已被作为大气中CO2和CH4排放的可能来源，主要进行研究区域包括寒带气候带（Rudd等人，1993年；Duchemin等人，1995年；Kelly等人，1997年；Huttunen等人，2002年；Tremblay等人，2005年）、温带（Therrien等人，2005年；Soumis等人，2004，Casper等人，2000年）和热带（Keller和Stallard，1994年；Rosa和Schaeffer，1994年；Galy-Lacaux等人，1997年、1999年；Delmas等人，2001年；Rosa等人，2003年；Abril等人，2005年；Sikar等人，2005年；Santos等人，2006年；Guerin等人，2006年；Kemenes等人，2007年）。在全球范围内水库的温室气体排放具有很大的不确定性，因此特别需要更多的研究，并更好地理解温室气体排放的过程。模拟模型在理解和分析因在流域中修建水库而造成温室气体排放量的变化过程中起重要作用。（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）
已经开展评估水生生态系统CO2排放与流域范围植被吸收CO2的有关研究工作。在一些温带和热带流域，已证明水生生态系统CO2排放量可以抵消周围森林吸收的CO2量（Cole和Caraco，2001年；Richey等人，2002年）。
水-气或陆地-大气界面的通量测量是文献中记录的唯一测量类型。少数输送进出水库的物质的测量被报道，少数研究已经量化了水库沉积物中碳的积累（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
水库库龄是一个重要问题。在蓄水后第一年内，需要对库龄较小的水库进行更多的测量。在寒带和温带条件下，水库在蓄水后十年内，温室气体的排放回归到自然水平（Tremblay，2008年）。进一步的测量（如本规范提出的测量方案）可解决热带条件下的此问题。
已经对寒带/温带和热带地区的一些水库（表1）中进行了CO2和CH4通量测量。已在四个亚马孙河库址（Balbina、Curuá-Una、Samuel、Tucuruí）和巴西中部和南部的其他库址（BarraBonita、Carvalho、Corumbá、Funil、Furnas、Itaipu、Itumbira、L.C.B.、Manso、MascarenhasdeMoraes、Miranda、Ribeir·odasLajes、SerradaMesa、Segredo、TrêsMarias、Xingó）对南美水库CH4的总排放量进行了测量。除Gatum、Panama和Petit-Saut、FrenchGuyana之外，未能对其他热带及亚热带地区的水库进行测量。对于大部分已测量的水库，已经研究了从水库到大气的两个温室气体途径：水库表面的沸腾和扩散通量。另外，在小梭、塞缪尔和巴尔比纳水库的研究中调查了大坝下游的温室气体排放。在加拿大，芬兰，冰岛，挪威，瑞典和美国可进行寒带/温带地区的测量（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
表1：淡水水库平均二氧化碳和甲烷总排放量的范围。括号中的数字是为研究每种气体和每种温室气体途径的水库数（来源：联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）
温室气体排放的途径寒带和温带热带
CO2
mmolm-2d-1CH4
mmolm-2d-1CO2
mmolm-2d-1CH4
mmolm-2d-1
扩散通量-23-145(107)-0.3-8(56)-19-432(15)0.3-51(14)
鼓泡00-18(4)00-88(12)
排气*0.1(2)无4-23(1)4-30(2)
河流下游*无无500-2500(3)2-350(3)
水库表面与其他通量（mmolm-2d-1）的单位相同（单位为Mgd-1）导致下游排放。
II.2.关键过程和参数
识别温室气体排放关键过程和参数，有助于形成与水库相关的温室气体排放的控制机制。在以下章节中描述了大量温室气体排放的关键因素（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
II.2.1.自然流域的碳循环
在陆地生态系统中，碳的主要来源是大气中的CO2。植物通过光合作用所固定的CO2是有机物（OM）的主要产出。产生的一部分OM可以通过根际处的反应直接进入土壤有机质（SOM）或者储存于活生物量，直到植物腐烂。
以上过程中，在有氧和缺氧条件下可产生CO2和CH4。在从土壤缺氧部分扩散至含氧部分时，甲烷氧化菌氧化CH4。
在高地土壤中，通常发生有氧CH4氧化（Conrad，1989年）。在低地土壤，以缺氧条件为主，CH4生成可能比CH4氧化高。因此，这些土壤可以作为大气CH4的来源（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
Keppler等人（2005年）报道称植物在有氧条件下可产生CH4。同样观察到热带森林也可能排放CH4。这些过程的发生和程度尚待研究（Houwelling等人，2006年；Dueck等人，2007年）。
根据联合国教科文组织/国际水电协会的研究成果（2008年），碳（有机和无机）在流域水生系统（河流、湖泊和湿地）中通过地面径流或地下径流输送。CO2和溶解无机碳可用于水生初级生产或按图1和图2中的途径处理。CH4可能在土壤和水柱中发生氧化，或者排至空气。将预先存储在土壤中的OM排放，可能产生CO2和CH4。未排放部分可能储存于水生系统中，或输至下游（Cole等人，2007年）。
Uplandsoils高地土壤
Lowlandsoils低地土壤
River河流
OrganicandInorganicCarbon有机碳和无机碳
Carboncycleintheaquaticecosystem水生生态系统中的碳循环
(Organicmattermineralization，Primaryproduction，CH4oxidation…)（有机物矿化作用、初级生产、CH4氧化……）
SoilOrganicMatter土壤有机质
Sediment沉积物
Transportformupstreamunit来自上游单位的输送
Drivers推动因素
(temperature，light，etc)（温度、光照等）
GHGflux温室气体通量
Storagechange存储变化
Processes过程
Storage储存
Eventuallateraltransporttoneighborunit最终横向运送至相邻单位
Transporttodownstreamunit输送到下游单位
II.2.2.水库途径
根据联合国教科文组织/国际水电协会的研究成果（2008年），CO2和CH4中所含的碳源于以下几个方面：
来自流域的OM；
水库中产生的OM；
水库淹没植物和土壤的OM分解。
CO2产生于有氧和缺氧条件下的水柱和水淹土壤和水库沉积物中，通过水库透光区的初级水生生产生物消耗。CH4通常产生于厌氧条件下的沉积物中；其中一部分将会在有氧条件下的水和沉积物中通过甲烷氧化菌氧化为CO2（图3）。CH4和CO2从水库向大气排放的途径包括：(1)来自浅层水的气泡通量(沸腾)；(2)水库水面的扩散通量；(3)通过植物茎扩散；(4)大坝下游紧靠大坝出口排气；(5)沿着下游河道的扩散通量（图3）。
FluvialOM河流OM
1.BubblingCH41.鼓泡CH4
2.DiffusivefluxCO2CH42.扩散通量CO2CH4
3.FluxthroughmacrophytesCO2CH43.通过水生植物CO2CH4的通量
4.DegassingCO2CH44.排气CO2CH4
5.DiffusivefluxCO2CH45.扩散通量CO2CH4
FloodedOm水淹OM
soils-土壤
plantmaterial-植物体
wood-木质体
Methanogenesis甲烷生成
AerobicCH4oxidation有氧CH4氧化
oxidationO2O2氧化
II.2.3.关键过程
联合国教科文组织/国际水电协会（2008年）中明确了温室气体排放的特点。
影响温室气体向大气排放的关键过程如下：
1.向水库或其沉积物提供有机碳的过程：
a.通过地下水、溪流、输送通道、隧道和河流进行的OM输入，有机碳的输入量取决于流域内的排放率和OM浓度；
b.生长于水中或水面、水库消落带中的水生植物、附生藻类和浮游植物的净初级生产力，取决于营养和光照的供应；
c.蓄水期间活的植物、枯枝落叶和土壤中的陆地OM；
d.水库岸边区土壤的侵蚀（向水库和水体加入OM）。
2.生产有助于温室气体化合物产生的过程：
a.水淹OM的分解和进入系统的OM的不同类型，取决于当前有机体、温度、溶解氧和营养物质；
b.溶解有机碳（DOC）的光氧化（Soumis等人，2007年）；
c.CH4的有氧氧化；
d.硝化作用和反硝化作用。
3.水库中影响温室气体化合物分布的过程：
a.导致CO2和CH4向表面运动的混合和输送过程；
b.通过溢洪道和出口排出；
c.水体或沉积物内的CH4氧化，取决于物理分层、溶解氧、受光抑制、营养水平和温度；
d.消耗的CO2主要取决于光照和养分供应的水库水柱的透光带的初级生产。
4.水库下游河道和大气之间的温室气体物质移动的途径：
a.沸腾（鼓泡）；
b.大气和水库或下游河道之间的扩散气体交换；
c.水流通过涡轮机后以及在溢洪道中的排气；
d.通过水生植物根茎输送。
II.2.4关键参数
识别控制排放过程的关键参数，有助于预测水库的运行状况。
水库温室气体排放模式的关键参数：
碳和养分负荷；
驻留时间；
水温；
岸边线/表面比；
存在低水位出口。
将能够控制温室气体排放率的关键参数分类如下：
主要参数——产生温室气体储量
调节生物过程（OM产生、呼吸作用、甲烷生成和CH4氧化作用）的速率的参数：
a.溶解氧的浓度；
b.水温；
c.水和沉积物中的OM储量、浓度和C/N、C/P和N/P比值；
d.营养供应；
e.光照（无混浊度）；
f.水库和水库消落区内植物、藻类、细菌和动物生物量；
g.输沙量；
h.库体分层。
次要参数——释放温室气体储量
调节大气和水库或下游河道之间的气体交换的参数：
a.风速和风向；
b.水库形状；
c.降雨；
d.水流速度；
e.水温；
f.水深和水深变化；
g.通过低水平排水口释放水降低静水压力；
h.存在溢洪道和堰坝等的附属构筑物相关的大坝。
必须在一个地理和时间背景下考虑这些参数和过程，并以一个区域基础为基础。因此有必要了解关于高地流域的区域范围的准确信息、土地覆盖和土地用途，水库和下游河道内水生生物栖息地区域范围随时间和水库水深变化。蓄水前在该地区存在的陆地碳储量和原始生态系统温室气体的净排放量数据也很重要。
II.3.总排放量的测量
II.3.1.水库关键参数和过程
气象仪器通常用于测量和记录风速和风向，气温，降雨，入射的太阳辐射。在水库内测量，可采用电阻测温仪、测流计、拉格朗日GPS漂流器和氧传感器。在实验室通过分析从水库，流域和下游河道收集的样品测定溶解和颗粒OM和营养物质的浓度。使用测流计、压力传感器或水位计进行有关排放量和水深的水文测量（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
碳负荷的发生内部由初级生产力、水淹土壤和植物组织输入，外部由江河、溪流和地下水输入，在初级生产力的测量中，需要随后确定库区生长的木本和草本植被的生物量、溶解无机碳摄取，藻类进行的氧气排放。通过直接采样确定生长于水库的水生植物的生物量。可以直接测量包括淹没土壤和植物生物中的碳，或通过使用像二氧化碳信息分析中心（CDIAC）的数据库估计。外部载荷是排水的产物，溶解或颗粒状的有机碳的浓度（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
不同水库矿化OM过程中CH4和CO2的产生率可在缺氧条件下培养测量。在天然湖泊沉积物中，OM的降解率和产生的CO2和CH4底栖通量可通过沉积物孔隙水中的垂直剖面或水底箱实验获得。在不使用箱土芯和水底箱的情况下，由于植物和树木的存在，水淹OM和间隙水取样很难实现。在这种情况下，可通过外部方法测量。从流域中抽取类似水淹区域的土壤和植物样品，并在缺氧条件下的水中培养。CO2和CH4潜在生产率在长时间内保持不变。在水库表面和大坝下游河道的温室气体排放量计算中需要对有氧条件下产生的CO2进行测量（联合国教科文组织/国际水电协会，2008年）。
