本研究以国家自然科学基金面上项目―亚热带丘陵区典型农业小流域水系温室气体产生、扩散与排放机理研究‖（41475129）和―基于多同位素和BSIMM解析典型农业流域水系CH₄和N₂O关键产生途径及碳氮来源‖（41775157）为支撑,选取亚热带典型农业小流域脱甲河为研究对象,利用双层扩散模型法对4级河段（S1、S2、S3和S4）表层水体水-气界面CH₄和N₂O溶存浓度和扩散通量的时空特征进行了研究。此外,借助稳定性同位素方法和水体理化参数探讨了4级河段水体溶存CH₄和N₂O的关键产生途径及碳氮元素的主要来源。本研究主要结论如下:（1）脱甲河水体氮素具有显著时空分布特征,以城镇区、农田区水体污染较为显著,支流污染较为严重,源头水质较好。流域水环境受居民生产和生活影响较为显著,水体氮素以外源输入为主,生产生活污水、农业面源污染以及家禽和养殖废弃物可能是水体氮素污染的主要来源。（2）水体CH₄、N₂O浓度和通量均具有显著时空变异,CH₄通量呈现春季>冬季>夏季>秋季,S2>S3>S4>S1河段,均值为53.88μgC?m^-2?h^-1;N₂O通量表现为夏季>春季>秋季>冬季,S2>S4>S3>S1,均值是15.29μgN?m^-2?h^-1。脱甲河水系为大气CH₄、N₂O的排放源。CH₄通量与水体NH₄⁺-N和DOC浓度呈显著正相关（P<0.01）;N₂O通量与水体温度、EC、NH₄⁺-N和DOC呈显著正相关（P<0.01）,与水体pH呈显著负相关（P<0.01）。（3）脱甲河S1^S4河段乙酸发酵途径对甲烷的贡献分别为87%、78%、76%、81%,各河段虽存在一定差异,但均以乙酸发酵产CH₄过程为主导。硝化过程中δ¹⁸O-NO₃^-在S1^S4河段分别是-7.01‰、-0.17‰、-0.28‰和-0.60‰;水体硝态氮浓度与其δ¹⁵N-NO₃^-呈较弱正相关,其δ¹⁵N-NO₃^-与δ¹⁸O-NO₃^-的比值在S1^S4河段分别为0.66、-41.01、-30.23和9.39。根据硝化反硝化过程判别依据,硝化过程对脱甲河水系N₂O的产生贡献较大（4）脱甲河不同河段NO₃^--N来源存在显著差异,S1河段主要来源于土壤原生氮,S2^S4主要来源为土壤流失氮、铵态氮肥和粪肥。河流沉积物有机质氮素来源与S1^S4河段土地利用类型相关,靠近源头区的S1主要来源是土壤有机质,而S2^S4受农业面源排放及生活排污影响,污水可能是主要氮素来源。初步判定脱甲河底泥沉积物碳素来源可能为C3植物、C4植物及陆源和水生混合有机质。