溶解氧的过饱和状态(影响水体中溶解氧含量的条件和四种情况下的变化)

Posted 2023-06-01

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溶解氧的过饱和状态(影响水体中溶解氧含量的条件和四种情况下的变化)

中国水产频道报道，溶解氧指溶解在水中的氧，在水中以分子状态存在，是水质好坏的重要指标之一，通常用1升水中溶解氧的毫克数来表示。对于人类来说, 健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6毫克/升 , 对于水中鱼类而言, 溶解氧需大于4毫克/升才能保证其正常的生命活动。

水体, 不同于单纯的水，它除了包括水之外, 还包括水中的植物、动物、底泥等, 属于生态系统的概念范畴。因此水体中的含氧量与水体中生物群落的组成, 分布等密切相关。

一是耗氧作用。包括需氧有机物降解时的耗氧、生物呼吸时的耗氧以及无机物的氧化耗氧等。所谓需氧有机物, 是指在微生物的生物化学作用的分解过程中需要消耗氧的有机物。

如糖类、蛋白质、油脂、木质素等。这类污染物若过量排放, 会大量消耗水中的溶解氧。生物呼吸的耗氧, 则指水中植物、动物及需氧细菌等需氧生物所耗的氧。无机物的氧化耗氧则指如Fe(铁) 、H 2S (硫化氢)等还原性物质在氧化过程中所消耗的氧。其中, 需氧有机物降解和生物呼吸所耗氧是主要的。

另一种作用是富氧作用。主要包括空气中氧的溶解和水生植物的光合作用等。

天然水体溶解氧的含量是各种环境因素综合作用的结果。除与水体中生物数量和有机物数量有关外, 还与大气中的氧分压、水温、水层、水面状态、水的流动方式等因素有关。正常情况下, 地表水的溶解氧含量一般为5毫克/ 升状态, 地下水溶解氧较少, 深层水中甚至无氧。

正常情况下, 各种水体都能保持一定的溶解氧水平, 但由于各种因素的综合影响, 两种作用相互消长, 使得水体中的溶氧量呈现一定的时空变化。

这主要是因为温度和光照(包括光照强度与日照长短) 等因素会随着昼夜交替、季节变更而发生变化。这些变化进而影响水中植物的光合作用, 需氧生物的耗氧情况, 以及氧在水中的溶解, 从而影响水体中溶解氧的含量变化。

以季节变化为例：我国南方湖泊生态系统一般在4月——5月时会出现一个溶氧量的高峰, 这是由于此时气候已逐渐转暖, 水温较高, 光照强度逐渐增强, 日照时间也不断延长, 再加上冬季积累的无机养分, 利于浮游植物大量繁殖; 而且由于动物数量的增长总是滞后于植物, 此时水中动物相对数量较少, 耗氧量较少, 所以, 水中溶解氧会有大幅度增加。

此后, 由于无机养分的消耗, 动物数量的增加, 限制了水中植物数量增长; 而且, 动物的排泄物和动物遗体的分解, 也造成需氧型细菌耗氧量增加, 因此, 水中溶解氧会降至一个较低水平。而到了秋冬季, 气温下降, 光强减弱, 日照缩短, 水体生物群落中各种群的密度都会下降, 生物的生命活动也有所减弱, 但由于空气与水体仍然存在氧的溶解平衡, 所以, 水体中溶解氧能保持一个不低的水平。

这是由于光能影响植物在水中的垂直分布, 进而影响动物等其他需氧生物在水中的分布, 再加上水温及水压在垂直方向上的不同, 从而影响水中溶解氧的含量。一般说来, 水体表面与空气直接接触, 氧的溶解处于一种动态平衡; 同时表面浮游植物数量多, 光合作用强, 释放的氧多, 所以表层溶解氧含量较高。

随着深度的增加, 光照越来越弱, 富氧作用溶解的氧与耗氧作用消耗的氧的比值越来越小, 水体中含氧量会越来越低。

轻度污染后水域生态系统通过自身的净化作用能够逐渐恢复其稳定性。在这个过程中, 水体中溶解氧含量也会发生变化。以河流为例大多为5——10毫克/ 升, 一般清洁河流、湖泊可大于7毫克/ 升, 有风浪时, 海水溶氧量可达14毫克/ 升, 水藻繁生的水体, 溶氧量常处于过饱和。

有时由于大量有机物排入河流, 导致需氧型细菌大量繁殖, 分解有机物消耗氧气, 结果可能会使局部河段溶解氧大量减少。

有机物分解产生的氨态氮(HN 4+)等无机盐离子, 又会使污染段下游藻类植物大量繁殖。这样, 一方面藻类植物通过光合作用释放氧气, 增加水体中的含氧量。另一方面有机物的减少使得需氧型微生物数量下降, 减少了氧的消耗。所以, 水中溶解氧的含量在下游河段又会逐渐恢复并维持一定水平。

水体富营养化后, 如果没有得到及时遏制和处理, 就会导致赤潮或水华的出现, 严重破坏生态系统的稳定性。在这个过程中, 水体含氧量会呈现大起大落的明显变化。

初期, 由于有足够的无机养料, 藻类植物大量繁殖, 水中溶解氧含量迅速增加。

但随后, 一方面大量藻类植物聚集在水的表层, 挡住阳光, 影响了空气中的氧溶入水体深层和水中植物的光合作用; 另一方面, 浮游动物数量的随后增长, 增加了对水中氧的消耗, 此外, 藻类和其他浮游生物死亡的遗体被需氧型微生物分解时, 又要消耗水中的溶解氧。这样, 水中的溶解氧就会急剧减少。

石油是近海海水中最主要的污染物, 大量的石油污染可导致水表面形成一层油膜, 而油膜的厚度只要超过0.0001厘米时, 就会妨碍大气中的氧进入水中, 阻止水与大气之间的气体交换，使水中溶解氧含量减少, 油膜还会反射和挡住阳光, 影响藻类的光合作用。

另外, 石油的粘性和其中的有毒成分, 能使水生动物窒息或中毒死亡, 遗体的分解也要消耗水中溶解氧, 进一步使水中溶解氧含量降低。可见, 石油污染会导致水中溶解氧大幅度降低, 对海洋生态系统的危害极大。

从以上四种情况的分析可以看出, 水体含氧量的变化伴随着水中生物群落的组成变化, 同时生物种群的数量增减反过来又影响水体中含氧量的变化。可见, 生物与环境是相互作用相互影响的。

另外, 水体含氧量还受到温度、光照等其他生态因素的影响, 说明各种生态因素也是相互联系相互影响的。环境对生物的影响实际上是各种生态因素对生物的综合影响。