水库是内陆淡水生生态态系统的一个重要组成部分，同时也是近年来全球碳循环研究的一个热点。水电开发曾被认为是无温室气体排放的清洁能源而被大力推广，但国内外的一些研究发现水库可能存在大量的温室气体释放，水电作为“绿色能源”受到质疑。中国是世界上水库最多的国家之一，尤其近20年来中国修建了大量的水库，其中西南地区的流域梯级水电开发成为国家重要的能源保证，这些水库的温室气体释放也受到国内外的高度关注。水库在释放温室气体的同时也会埋藏有机碳从而构成一个重要的碳汇，如何评价水库在区域乃至全球尺度上作为碳源/碳汇的净的碳效应既是一个敏感的政治经济议题，更是一个重要的科学问题。在这样的背景下，从碳循环的角度出发，加强水库的温室气体释放强度、温室气体产生机理、温室气体来源以及温室气体释放的环境效应评估等方面的研究，不仅具有重要的科学价值，同时也具有重要的社会价值和实践意义。　　本研究选取西南地区大型梯级水库（红枫湖-百花湖流域、乌江流域、澜沧江流域）作为研究对象，利用野外采样与室内分析等多种地球化学手段结合，较系统地分析三个流域梯级水库CO2释放通量、CO2来源与产生过程、以及对区域碳平衡的影响。本研究于2013年对红枫湖流域水库、河流、地下水样品进行16次高频采样，2013年至2015年对乌江梯级水库、下泄水和上游入库河流进行了四次全流域的系统采样，以及2016年至2017年两次对澜沧江流域梯级水库、下泄水和全流段河流进行采集。利用水化学分析、无机碳碳同位素分析以及气体溶解度分析，探讨了水库CO2的时空变化，估算了水库CO2的释放通量，揭示了梯级水库CO2产生的地球化学过程，并基于CO2来源和过程进行了水库CO2释放的碳效应评估。研究得出如下结果:　　(1)西南地区的梯级水库水深较深，温室气体释放为CO2为主，个别水库可能受周围农田的影响，导致CH4的释放超过了CO2的贡献。N2O的释放总体较低，释放通量可能与人为N污染有关。　　(2)相较于世界其它地区的水库，该研究区（西南地区）的水库具有较小的CO2释放通量。红枫湖百花湖CO2释放通量为7.0±6.5mmol/m2/d和9.4±8.1mmol/m2/d;乌江干流和澜沧江干流梯级水库的CO2释放通量分别为25.4±7.2mmol/m2/d和25.6±17.9mmol/m2/d。其次为入湖河流，三个流域的河流CO2释放通量分别为128.4±22.4，50.6±3.4，66.5±9.5mmol/m2/d。下泄水CO2释放通量最高，分别为212.8±68.5，124.6±11.3，104.4±15.1mmol/m2/d。　　(3)不同类型的水库，控制CO2浓度和释放的因素有所不同。在水动力条件较弱、热分层稳定的红枫湖和百花湖，水-气界面CO2交换通量具有明显的季节性变化特征，夏季表现为弱的CO2汇，冬春季是大气CO2的源。生态系统的新陈代谢活动（光合作用和呼吸作用）是调节此类水库CO2的主要因素。干流水库水-气界面CO2交换通量空间上，从上游到下游呈现增加的趋势。相较于小水库，干流水库CO2释放通量更高，变化范围更大，但季节性性变化趋势较弱。水动力条件（库容、水体滞留时间）是影响此类水库CO2通量变化的主要因素。　　(4)对于梯级水库而言，第一级水库是碳排放的重要释放源，具有较高的CH4/CO2比值，温室效应高。在梯级水电开发过程，建议增加第一级水库的深度，增强CH4氧化成CO2的能力。　　(5)非呼吸作用释放的CO2是导致高CO2释放通量的主要因素。有机质降解、碳酸盐岩沉淀、以及H+的中和是水库CO2产生的三个主要过程，这三个过程之间存在相互密切的作用关系。与碳酸盐岩溶解达到平衡的地下水，流出地表后发生CO2去气，并伴随碳酸盐沉淀。表层湖水藻类的光合作用促使pH升高，碳酸盐过饱和沉淀，反过来，底层水有机质的微生物降解促使碳酸盐矿物溶解，减缓了CO2释放。在碳酸盐岩不饱和时，各种过程产生的H+不能被中和，促进了CO2的释放。　　(6)红枫湖CO2释放速率几乎接近于沉积物的埋藏速率。根据红枫湖流域的碳质量平衡模型发现，湖泊的碳排放主要来源于土壤CO2，而不是来自于陆地生态系统的有机碳。西南喀斯特地区，碳酸盐岩溶解迅速，不断消耗土壤CO2形成HCO3-，随后输入到河流中，促进流域碳的转移，总的来说碳酸盐岩溶蚀加速了流域碳的输出，无机碳输出的速率远超过与有机碳。水库中向大气释放的CO2以及沉积物中埋藏的有机碳都来源于流域输出的HCO3-，本质上属于流域土壤CO2，而不是土壤有机碳。　　(7)水库中CO2的不同来源决定了它的环境效应。单就水库而言，水库CO2释放是一个碳源，但对于水库—流域系统而言，水库CO2释放的环境效应决定于CO2的来源。如果水库CO2来源于土壤有机质输入到水库后分解，这时水库CO2释放是一个碳源;如果CO2来源于土壤CO2，这时水库CO2释放就不是大气CO2的源，仅是一个土壤CO2返回大气的通道。因此，在红枫湖，水库释放的CO2不是一个大气CO2的源，相反，沉积物的有机碳埋藏是一个净的碳汇。因此，现有的观点把水库释放的所有CO2都当作陆源有机质分解的产物，将会高估水库CO2释放的影响，低估了作为碳汇的重要意义。　　(8)湖泊/水库中碳来源不同时，评估水库碳效应的指标和方法也不同。在喀斯特地区，水库中的碳主要来自土壤CO2，此时，水库CO2释放不再是一个碳源，而有机碳埋藏是一个净的碳汇，因此原有的评价指标中利用碳释放和碳埋藏的比值来反映湖泊水库的碳效应已不再适用于喀斯特地区。提出用流域NEP与湖泊水库沉积物有机碳埋藏的差值更适合反映湖泊水库的碳源/汇强度。在红枫湖，使用原来的指标判断，红枫湖是一个弱的碳源，而使用新的指标判断，红枫湖是一个重要的碳汇。　　(9)考虑到全球范围内，流域无机碳输出在总碳中占有相当大的比例，认为在评估湖泊/水库对区域和全球碳收支平衡的影响时，应首先区分其来源，否则会得出错误的结论。