综述：水库温室气体源和汇的限制因素及其在水库生态评估中的应用：综述

《Journal of Water Process Engineering》：Restricting factors of reservoir GHG sources and sinks and their applications in reservoir ecological assessment: A review

水库温室气体通量作为生态健康整体指标，揭示全球不同气候带排放特征及物理化学生物耦合驱动机制，整合碳氮循环与水质参数，为绿色水电认证提供科学依据。

　　水库温室气体（GHG）排放是生态系统中全球碳和氮循环的一个关键但常被忽视的组成部分。本文综述了温室气体通量作为评估水库生态健康整体指标的新范式。通过对全球数据的综合分析，我们发现热带水库是温室气体排放的显著热点，其CO?、CH?和N?O的排放速率通常比温带和寒带水库高出一个数量级。我们展示了物理因素（如水库类型和水位波动）、化学因素（包括pH值和溶解氧）以及生物因素（如藻类动态和功能基因）如何共同驱动这些排放。由于温室气体通量动态融合了多种生态系统健康指标，包括富营养化和有机污染，它们可以作为生态系统健康诊断的有力工具，而不仅仅是量化气候足迹。

水库作为清洁能源的来源，其温室气体排放问题一直存在争议。一方面，水库通过水体中沉没植被和土壤的分解，以及微生物对有机物的代谢，向大气释放温室气体，成为“源”；另一方面，水库通过浮游植物的光合作用吸收CO?，并通过沉积物碳埋藏过程固定温室气体，成为“汇”。这种双重效应使得水库在温室气体循环中具有复杂的作用。然而，不同地区的水库表现出显著的差异，例如温带和亚马逊地区的水库通常作为主要的温室气体排放源，而某些亚热带水库则显示出净碳汇状态。这种差异表明，水库的温室气体通量高度依赖于其特定的环境和管理条件。

为了更准确地评估水库相关的温室气体通量，联合国教科文组织（UNESCO）和国际水电协会（IHA）于2008年8月启动了“淡水水库温室气体排放研究项目”，并在此基础上制定了《淡水水库温室气体测量指南》。该指南强调了在解释现场监测数据时，空间外推、时间整合和净排放计算的重要性。此外，美国环境保护署提出的“健康水”概念，指的是水体生态系统的完整性，涵盖了其化学、物理和生物成分。因此，全面评估水库的温室气体预算，必须考虑这些完整性参数在水库蓄水后不同运行阶段的变化，以阐明它们对系统内温室气体动态的影响。

温室气体通量不仅反映了水库的碳和氮循环过程，还能够揭示其生态系统的稳定性。目前，一些新兴的监测技术，如高频传感器、遥感技术、微生物功能基因和环境DNA（eDNA）技术，已被广泛应用于分析水库温室气体和微生物驱动机制的空间和时间异质性。这些技术为理解水库中复杂的生物地球化学过程提供了新的视角。此外，水体中的各种水质因素也调节着温室气体的排放，例如高营养负荷（尤其是总氮、有机碳和总磷）以及缺氧条件，已被识别为导致CO?、CH?和N?O通量升高的主要驱动因素。富营养化程度与温室气体排放之间存在显著的正相关关系，表明水库的生态状态对温室气体通量具有重要影响。

微塑料污染等新兴环境压力因素也对水库的温室气体动态产生了影响。研究表明，微塑料污染会显著降低微藻的光合效率及相关参数，从而削弱其吸收CO?的能力。这一发现强调了微塑料等新兴污染物在温室气体生产中的重要性，并凸显了环境科学与气候变化研究交叉领域的前沿问题。悬浮有机物（OM）在调节温室气体动态中的作用也得到了重视，积累的有机物会促进甲烷的生成和随后从水体中释放。此外，淡水湖和咸水湖在温室气体排放特征上存在差异，咸水湖通常因更高的营养物质和有机物积累而成为重要的碳库。盐度还进一步影响微生物介导的甲烷生成，改变整体的温室气体排放模式。近年来，研究发现藻类和非产甲烷古菌共同参与甲烷的生成过程，这一新机制突破了我们对水库甲烷生成的传统理解。

鉴于温室气体通量融合了复杂的生物地球化学过程，其动态变化可以作为评估水库生态健康的关键指标。传统的水库生态健康评估指标通常包括水质参数、生物多样性、富营养化程度等，但这些指标往往难以全面反映水库的生态状态。因此，本文提出将温室气体通量作为水库生态健康评估的核心指标，这一新范式不仅有助于更准确地衡量水库的碳足迹，还能为“绿色水电”认证和科学的水库管理提供可量化的科学依据。通过综合考虑物理、化学和生物因素，以及水库运行过程中的环境变化，可以更深入地理解温室气体排放的机制，并为制定有效的政策提供支持。

本文综述了全球水库温室气体通量的调控机制，并系统总结了影响这些排放源汇动态的关键因素。研究采用系统方法，筛选并整合了关于全球水库温室气体排放及其与生态评估关系的相关文献。同时，分析了已建立数据库和模型中的实证数据，以支持研究结论。通过这些方法，我们能够更全面地理解水库在不同环境条件下温室气体排放的特征，并揭示其与生态健康之间的内在联系。最终，本文提出了以温室气体通量作为评估水库生态健康的核心指标的新范式，为实现“绿色水电”认证和水库管理中的气候协同效益提供了科学基础。