自然流域的碳循环
在陆地生态系统中，碳的主要来源为大气中的二氧化碳。植物通过光合作用固定二氧化碳，生产有机物质(OM)。产生的一部分有机物质（OM）可通过根际处发生的一系列反应直接形成土壤有机质（SOM），或者储存于活生物量中直到植物腐烂。在土壤形成期间，有机物质在富氧和厌氧条件下进行呼吸作用，所产生的二氧化碳回归大气。有机物质在厌氧土壤中矿化产生甲烷。当从土壤缺氧部分扩散到富氧部分时，甲烷被甲烷氧化菌氧化。在高地土壤中，高排水常常促进形成了好氧条件和有氧甲烷的氧化。一般来说，排水良好的土壤扮演着大气甲烷的汇（康拉德，1989年）。在低地土壤，由于排水有限，缺氧条件占据优势，甲烷的产量可能高于甲烷的氧化量。所以，这些土壤多表现为大气甲烷的源（见图3）。
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…)（有机质矿化作用，初级生产，CH4氧化……）
SoilOrganicMatter土壤有机质
Sediment沉积物
Keppler等人（2005年）称在有氧条件下植物可能产生甲烷，但是此过程的发生和程度尚未确定（Houwelling等，2006年；Kirschbaum等，2006年；Dueck等，2007年）。
不同的碳成分（有机碳和无机碳）通过地面径流或地下径流到达流域的水生生态系统（河流、湖泊和湿地）。二氧化碳和可溶性无机碳既可能被水生生态系统初级生产所消耗，也可能按照图2中所示的途径循环。甲烷既可在水体中被氧化，也可排放到大气中。当有机碳在水或沉积物中呼吸的时候并以二氧化碳和甲烷形式释放时，先前可能长期存储在土壤中的有机物质有可能释放到水生生态系统。没有排气的部分则被埋在水生生态系统中，或输送到海洋（科尔等人，2007年）。
已经有研究评估了流域范围内植被吸收的二氧化碳和水生生态系统排放二氧化碳差异显着性。在一些温带和热带流域，研究表明水生生态系统排放的二氧化碳与周围的森林吸收的二氧化碳基本平衡（Cole和Caraco，2001年；Richey等，2002年）。
水库途径
淡水水库排放的二氧化碳和甲烷产生于水库蓄水期间水淹植物和土壤中有机物质的分解，以及水库中产生的或从其流域输送至水库的有机物的分解。在有氧和缺氧条件，二氧化碳在水体、水淹土壤和水库沉积物中产生，并被水库透光区的初级水生系统生产生物消耗。甲烷是厌氧条件下产生的，主要产生于沉积物；一些在富氧条件下的水和沉积物中甲烷被甲烷氧化菌氧化为二氧化碳（图4）。甲烷和二氧化碳从水库排放到大气中的途径包括：（1）来自浅层水的气泡通量(水汽)；(2)水库水面的扩散通量；(3)通过植物枝干的扩散；(4)大坝下游靠近大坝的排气；（5）沿大坝下游河道的扩散通量（图4）。
FluvialOM水生的有机物质
1.BubblingCH41.鼓泡CH4
2.DiffusivefluxCO2CH42.扩散通量CO2和CH4
3.FluxthroughmacrophytesCO2CH43.通过大型植物溶化CO2/CH4
4.DegassingCO2CH44.CO2和CH4排气
5.DiffusivefluxCO2CH45.扩散通量CO2和CH4
FloodedOm水淹有机物质
soils-土壤
plantmaterial-植物材料
wood-木材
Methanogenesis甲烷生成
AerobicCH4oxidation富氧CH4氧化
oxidationO2O2氧化
关键过程
基于淡水水库温室气体状态工作组的指导原则，本文确定了温室气体显着排放的关键前兆，并重点关注热带和亚热带水库。所以，本节阐述了在此类系统中具有重要意义的参数和过程，但是不包括可能出现冻土、冰盖或较大泥碳储量的高纬度地区的水库的特定储存条件。
影响温室气体向大气排放的关键过程如下：
I.向水库或其沉积物提供有机碳的过程：
a.通过地下水、溪流和河流进行的有机物的输入，取决于流域内排气量和有机物质含量。
b.生长于水中或水面、水库消落区的水生植物、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给。
c.蓄水期间活植物体、枯枝落叶和土壤中陆地有机物质的携带。
II.有利于产生可溶性二氧化碳和甲烷条件的过程：
a.进入系统的不同类型的有机物的分解，取决于当前有机体、温度、溶解氧和营养物质。
b.和物理分层、温度、有机物质量有关的沉积物和水体的缺氧现象。
III.影响水库中可溶性二氧化碳和甲烷的分布的过程：
a.导致二氧化碳和甲烷向表面运移的混合和输送过程。
b.通过溢洪道或水下涡轮机排出。
c.水体或沉积物内的甲烷氧化，取决于物理分层、溶解氧、光抑制、营养水平和温度。
d.水库水体中透光带的初级生产消耗的二氧化碳，消耗量主要取决于光照和养分的可供给量。
IV.水库、下游河道和大气之间的二氧化碳和甲烷排放途径：
a.水汽（鼓泡）
b.通过植物枝干输送
c.大气与水库或下游河道之间的气体扩散交换
d.水流在溢洪道中和通过涡轮机后立即排气
V.导致二氧化碳和甲烷从水体上部向大气释放的过程
a.死亡的挺水植被的有氧腐烂
b.白蚁活动释放的甲烷
c.消落区植被火灾消耗
关键参数
改变这些过程速率的关键参数包括如下：
I.调节像有机物产生、呼吸作用、甲烷生成和甲烷氧化这样的生物过程速率的参数：
a.溶解氧的浓度
b.水温
c.水和沉积物中有机物浓度和C/N、C/P和N/P比值
d.营养供给
e.光照
f.水库和水库消落区内植物、藻类、细菌和动物的生物量
g.甲烷浓度(甲烷氧化的基质)
II.调节大气和水库或下游河道之间的气体交换的参数：
a.风
b.降雨
c.河流和溪流的流速
d.表面温度
e.水中密度分层的稳定性
f.水深和水深变化
g.水库中水的驻留时间
h.通过水库排放口放水时静水压力的降低
i.和堰坝等附属构筑物相关的坝体下游湍流的变化
所有的参数和过程必须置于特定的地理和时间背景下，并通过一个区域基础来表示。因此需要准确的信息如高地流域的区域范围、土地覆盖和土地利用、水库和下游河道内水生生物栖息地区域范围随时间的变化、水库水深等，也需要蓄水前该区域的陆地碳储量和原生态系统温室气体净排放量的信息。
