大气中温室气体（GHGs）的迅速增加是全球变暖的主要原因之一。人工建造的水库在许多方面与自然系统不同，这可能会使这些系统的温室气体排放增加。水体中发生的微生物过程决定了CH4和CO2的排放，然而由于建造水库使得水体营养状态的改变而导致原有的生态平衡遭到破环，微生物的数量和结构以及各种与之相关的环境因素发生变化，最终造成了水库中实际CH4和CO2排放具有更大不确定性。因此，本论文以长江流域营养状态不同的五个典型水库，包括小坝二级、溪洛渡、向家坝、三峡和狮子滩水库为研究对象，以流式细胞术及高通量测序为研究方法，分析长江上游典型水库中CH4和CO2浓度、通量变化特征；揭示不同营养状态水库中浮游植物和浮游细菌群落丰度、多样性、群落结构与互作关系等，探索不同营养状态水库浮游植物-细菌群落与CH4、CO2浓度及通量间的相互关系，初步厘清长江上游典型水库CH4、CO2产汇过程的微生物驱动机制。本论文的主要研究结论如下：
　　（1）通过对五个典型水库以及其他国家及气候类型的水库的温室气体通量与库龄的相关性分析，本研究发现库龄与CH4和CO2浓度及通量没有显著的关系。而水体CH4和CO2的浓度及通量与营养状态之间则具有更显著的相关性。CH4浓度随TLI指数呈指数增加（R2=0.73,p＜0.001）。CO2浓度也与TLI指数具有显著的弱相关性。水-气界面CH4通量在富营养状态下测得最高且CH4通量随TLI指数具有显著的弱相关性。然而，在研究中没有观察到CO2通量或浓度与TLI的非线性增加关系。因此随着营养状态从低营养型向高营养型的转变，水库成为CH4源，富营养化加速了CH4的排放。然而对于CO2来说，营养程度对CO2排放的影响比对CH4排放的影响更为复杂，在一定程度上富营养程度高的水库甚至可能成为CO2排放的“汇”。
　　（2）库周受人类影响程度较大的土地利用类型（如耕地，建筑用地等），其水体更有可能出现富营养状态。水库周边不同的土地利用类型可能会造成水体中环境因素的变化不同，随着库周林地面积占比的增加，DOC、TN、TP以及NH4-N的浓度会显著降低，而这些环境因子的升高与CH4和CO2排放的加剧有显著的相关性。因此，库周缓冲区内林地面积的增加对于削减CH4和CO2的排放也可能存在潜在的积极作用。
　　（3）基于流式细胞术，本研究发现不同营养状态下超微型浮游植物的丰度具有差异。在富营养状态下，超微型浮游植物的丰度最高。而浮游异养细菌丰度在不同营养状态下则没有显著差异。而基于分子生物学的方法，本研究发现随营养程度的逐渐升高，浮游植物群落的多样性有降低的趋势。浮游植物和细菌群落结构在不同营养状态下具有不同的特征。随着营养程度的升高，水体中的优势物种会逐渐由硅藻向蓝、绿藻转变。酸杆菌、硝化螺菌、芽孢杆菌以及异常球菌等细菌在低营养状态的水体种相对丰度最高这可能是由于藻类的大量生长或蓝藻的爆发造成水体细菌结构的改变。富营养状态下浮游植物和细菌网络较中、低营养状态更加复杂，而低营养状态的水体浮游植物物种之间存在更多竞争关系。水体的细菌网络比藻类网络对环境响应速度更快，也更易受外界环境的干扰。
　　（4）不同营养状态水体中CH4与CO2的排放可能与浮游微生物的群落变化有关。富营养状态下，CH4的浓度会随超微型浮游植物的丰度的增加呈指数增加。而CO2的浓度，在3种营养程度下均与超微型浮游植物的丰度呈负相关关系。另外，本研究发现在不同营养状态的水体中浮游植物和细菌的Alpha多样性都影响着CH4的产生，随着浮游微生物多样性的增加，水体中的CH4浓度都有升高的趋势，出现这种现象的原因可能与微生物的碳利用率有关。本研究还发现蓝绿藻的相对丰度的增加对CH4和CO2的产生具有一定的促进作用。