Freshwater bodies such as lakes and streams release the greenhouse gases methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂) into the atmosphere. Global freshwater CH₄ and CO₂ emissions have been estimated to be of a similar magnitude to the global land or ocean carbon sink, and are thus significant components of global carbon budgets. However, the data supporting global estimates frequently lacks information regarding spatial and temporal variability and are thus highly inaccurate. In this thesis, detailed studies of the spatio-temporal variability of CH₄ and CO₂ fluxes were conducted in the open water areas of lakes and streams within a whole catchment in Sweden. One aim was also to evaluate the importance of spatio-temporal variability in lake and stream fluxes when making whole catchment aquatic or large scale assessments. Apart from the expected large spatio-temporal variability in lake fluxes, interactions between spatial and temporal variability in CH₄ fluxes were found. Shallow lakes and shallow areas of lakes were observed to emit more CH₄ as compared to their deeper counterparts. This spatial variability interacted with the temporal variability driven by an exponential temperature response of the fluxes, which meant that shallow waters were more sensitive to warming than deeper ones. Such interactions may be important for climate feedbacks. Surface water CO₂ in lakes showed significant spatio-temporal variability and, when considering variability in both space and time, CO₂ fluxes were largely controlled by concentrations, rather than gas transfer velocities. Stream fluxes were also highly variable in space and time and in particular, stream CH₄ fluxes were surprisingly large and more variable than CO₂ fluxes. Fluxes were large from stream areas with steep slopes and periods of high discharge which occupied a small fraction of the total stream area and the total measurement period, respectively, and a failure to account for these spatially distinct or episodic high fluxes could lead to underestimates. The total aquatic fluxes from the whole catchment were estimated by combining the measurements in open waters of lakes and streams. Using our data, recommendations on improved study designs for representative measurements in lakes and streams were provided for future studies. Thus, this thesis presents findings relating to flux regulation in lakes and streams, and urges forthcoming studies to better consider spatio-temporal variability so as to achieve unbiased large-scale estimates.

Sötvatten som sjöar och vattendrag är källor till växthusgaserna metan (CH₄) och koldioxid (CO₂) i atmosfären. De globala utsläppen av CH₄ och CO₂ från sötvatten har uppskattats vara av samma storleksordning som den globala land- eller havskolsänkan och är därmed viktiga delar av jordens växthusgasbudget. De globala uppskattningarna saknar ofta information om variation i tid och rum och är därmed mycket osäkra. Denna avhandling behandlar hur CH₄- och CO₂-flöden från öppet vatten i sjöar och vattendrag i ett avrinningsområde varierar rumsligt och tidsmässigt. Ett syfte var också att utvärdera betydelsen av dessa variationer när data extrapoleras för att göra storskaliga uppskattningar av växthusgasflöden från vattenmiljöer. Förutom de förväntade stora rumsliga och tidsmässiga variationerna i sjöars gasflöden identifierades interaktioner mellan rumsliga och tidsmässiga variation för CH₄-flöden. Den rumsliga variabiliteten med högre CH₄-flöden från grunda vatten interagerade med tidsvariationen, som i sin tur drevs av en exponentiell temperaturrespons av gasflödena. Det betyder att grunda vattenområden var mer känsliga för uppvärmning än djupare vatten och därmed att vattendjupet har betydelse för hur sjöars CH₄-utsläpp påverkas av klimatet. Koncentrationer av CO₂ i sjöars ytvatten uppvisade också en betydande rumslig och tidsmässig variation som tillsammans visar att CO₂-flöden över längre perioder till stor del styrs av koncentrationer snarare än av gasutbyteshastigheter. Vattendragens gasflöden varierade också mycket i tid och rum. Detta gällde i synnerhet CH₄-flödena vilka var förvånansvärt stora och mer varierande än CO₂-flödena. Gasflödena var höga från områden i vattendrag med högre lutning och då det var höga vattenflöden, trots att dessa områden och tidsperioder utgjorde en bråkdel av den totala arean och mätperioden. Att inte räkna med dessa gasflöden från bäcksektioner med höga vattenhastigheter eller korta perioder med höga flöden, leder till underskattningar. De totala CH₄- och CO₂-flödena från öppet vatten i hela avrinningsområdet uppskattades genom att kombinera mätningar i sjöar och vattendrag. Denna avhandling visar att rumslig och tidsmässig variabilitet har stor betydelse, och den ger information om hur denna variation kan beaktas för bättre framtida mätningar och storskaliga uppskattningar av växthusgasflöden från sjöar och vattendrag.