葉春麗

（安徽省蕪湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 蕪湖 241000）

引言

近年來，水體污染和生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，其中溶解氧偏低是一個普遍存在的問題，對水生生物和生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響。為了及時監(jiān)測水體中的溶解氧含量，自動監(jiān)測技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。然而，我們?nèi)匀恍枰钊肓私馊芙庋跗偷脑?，從而制定有效的管理措施。本文將通過對溶解氧的重要性、自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用、溶解氧偏低的原因分析及其影響與應(yīng)對措施的討論，為水資源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境改善提供有益的參考。

1 溶解氧的重要性與影響因素

1.1 溶解氧的定義與作用

溶解氧是水體中能夠溶解的氧氣分子（O2），其對水生生物的生存和呼吸過程至關(guān)重要。水生生物依賴溶解氧進(jìn)行呼吸，并從中獲得所需的能量以維持其生命活動。如果溶解氧不足會導(dǎo)致水生生物缺氧，影響其生長、繁殖和免疫力，甚至引起死亡。此外，溶解氧還參與水體中的生物化學(xué)反應(yīng)，如細(xì)菌降解有機物和氧化還原反應(yīng)。因此，了解溶解氧的含量及其變化對于水資源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境管理至關(guān)重要。同時，水溫等環(huán)境因素也會影響溶解氧的溶解度，進(jìn)一步影響水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 水體中影響溶解氧含量的因素

1.2.1 溫度

溫度是影響水體中溶解氧溶解度的重要因素。一般來說，隨著溫度的升高，溶解氧的溶解度會減小，這是因為溫度升高會增加水分子的活動性，從而降低氧氣分子在水中的溶解能力。根據(jù)亨利定律，溶解氧的溶解度與溫度之間存在一種負(fù)相關(guān)關(guān)系，具體公式為：溶解氧溶解度=溶解氧飽和溶解度×(1-溫度系數(shù)×(實際溫度-20))。其中，溶解氧飽和溶解度是指在特定溫度下水體中溶解氧的最大可能含量，而溫度系數(shù)表示隨著溫度的變化，溶解氧溶解度的變化速率。舉例來說，當(dāng)水體溫度上升時，溶解氧的溶解度就會下降。例如，當(dāng)水溫從20 ℃上升到30 ℃時，假設(shè)溫度系數(shù)為0.024（攝氏度）-1，那么溶解氧的溶解度將減小約4.8%。這意味著在相同體積的水中，溶解氧的含量會降低。

1.2.2 鹽度

鹽度是指水中溶解的無機鹽的含量，對溶解氧的溶解度有著顯著影響。一般來說，隨著鹽度的增加，溶解氧的溶解度會降低。這是因為在高鹽度環(huán)境中，溶解在水中的鹽離子數(shù)量增多，并與溶解氧分子爭奪吸附在水分子表面的空間，因而減少了溶解氧分子在水中的溶解能力。此外，高鹽度環(huán)境也會導(dǎo)致水分子的活動性降低，使溶解氧分子更難與水分子發(fā)生相互作用，從而降低了溶解氧的溶解度。相比之下，淡水中的溶解氧溶解度通常較高[1]，這是由于淡水中的鹽離子濃度相對較低，溶解氧分子能夠更自由地溶解在水中，并提供更充足的氧氣供水生生物呼吸。為了更直觀地說明鹽度對溶解氧的影響，技術(shù)人員做了相關(guān)實驗，所得實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 鹽度和溶解氧溶解度的數(shù)據(jù)表

1.2.3 水壓

水壓是指水體所承受的壓力，對溶解氧的溶解度有著一定的影響。在深海環(huán)境中，水壓的增加會對溶解氧的溶解度產(chǎn)生顯著的影響。隨著水深的增加，水壓也會相應(yīng)地增加。根據(jù)亨利定律，溶解氧的溶解度與壓力成正比關(guān)系。亨利定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：C=k×P。

其中，C表示溶解氧的濃度（通常以mg/L為單位），k是亨利常數(shù)（與溶質(zhì)和溶劑相關(guān)），P表示水體中的氣體分壓（以巴為單位）。在深海環(huán)境中，由于水壓的增加，氣體分壓也會隨之增加，從而導(dǎo)致溶解氧的溶解度增加。因此，可以使用上述公式來說明水壓對溶解氧溶解度的影響。

2 自動監(jiān)測技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

自動監(jiān)測技術(shù)是利用先進(jìn)的傳感器、儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)或水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)、實時監(jiān)測的技術(shù)，通過自動采樣、數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ埽軌蛱峁?zhǔn)確、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護(hù)和資源管理提供重要支持。相比傳統(tǒng)手動監(jiān)測方法，自動監(jiān)測技術(shù)具有實時性、準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)可靠性的優(yōu)勢。

在水質(zhì)監(jiān)測中，自動監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。首先，自動監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崟r獲取數(shù)據(jù)，捕捉到水質(zhì)變化的瞬間和短期波動，提供更及時的監(jiān)測結(jié)果。其次，該技術(shù)采用高精度的傳感器和儀器，這些自動監(jiān)測設(shè)備能夠提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，避免了人為誤差和操作偏差。此外，自動監(jiān)測技術(shù)可以通過數(shù)字化和自動化的方式記錄和存儲數(shù)據(jù)，從而減少了監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失和被人為篡改的風(fēng)險，從而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。

在溶解氧監(jiān)測中，自動監(jiān)測技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。電化學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器等設(shè)備被廣泛應(yīng)用于溶解氧監(jiān)測，通過測量電流變化或光的吸收特性來確定溶解氧濃度。自動航行儀器和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合傳感器技術(shù)，實現(xiàn)了大范圍的溶解氧監(jiān)測和空間分布數(shù)據(jù)的獲取。這些自動監(jiān)測設(shè)備為相關(guān)工作人員提供了更加全面和精確的溶解氧數(shù)據(jù)，有助于水體生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和管理。

綜上所述，自動監(jiān)測技術(shù)通過實時性、準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)可靠性的優(yōu)勢，為水質(zhì)監(jiān)測提供了更加高效、精確和全面的解決方案。在溶解氧的監(jiān)測過程中，電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、自動航行儀器和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)等設(shè)備被廣泛應(yīng)用，為我們提供了更加全面的溶解氧數(shù)據(jù)，因而有助于對水體生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和管理。

3 溶解氧偏低的原因分析

3.1 污染物輸入

3.1.1 有機污染物

有機污染物對溶解氧的影響是環(huán)境工程中一個重要的問題，特別是有機廢水的排放和富營養(yǎng)化現(xiàn)象，對水體中的溶解氧含量會產(chǎn)生顯著影響。有機廢水的排放是指工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市等活動中產(chǎn)生的含有大量有機物質(zhì)的廢水被直接或間接地排放到水體中。這些有機物質(zhì)在水體中被微生物分解，消耗了大量的氧氣，導(dǎo)致水體中的溶解氧含量降低，這種現(xiàn)象被稱為生化需氧量（BOD）過高，是水體富營養(yǎng)化和水生生物生存的一個重要限制因素，富營養(yǎng)化現(xiàn)象也會對溶解氧產(chǎn)生影響。富營養(yǎng)化是指水體中有過多的營養(yǎng)物質(zhì)（如氮、磷等），導(dǎo)致藻類和其他植物過度生長的現(xiàn)象。這種過度生長會消耗大量的溶解氧，造成水體中的溶解氧含量降低。此外，過多的藻類也會形成浮游植物和堆積和腐敗，從而進(jìn)一步減少了水體中的溶解氧。有機污染物對溶解氧的消耗可以通過測量生化需氧量（BOD）和溶解氧濃度進(jìn)行評估。BOD是指在一定時間內(nèi)，微生物在特定溫度下分解有機物質(zhì)所需的氧氣量，可以通過監(jiān)測BOD和溶解氧濃度的變化，有效評估有機污染物對溶解氧的影響程度。

3.1.2 無機污染物

無機污染物對溶解氧的影響是水體環(huán)境中的另一個重要問題。一些無機污染物如重金屬和硫化物，其含量和毒性可以對溶解氧產(chǎn)生影響。重金屬是一類有毒的無機污染物，包括鉛、汞、鎘等。當(dāng)重金屬進(jìn)入水體后，可以與水中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶于水的化合物，這些化合物會降低水體中的溶解氧含量，影響水體中的氧氣供應(yīng)。此外，重金屬還會對水生生物的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生直接的毒性作用，干擾其正常的氧氣攝取和利用，從而導(dǎo)致溶解氧不足。硫化物是另一類常見的無機污染物，如硫化氫（H2S）。硫化氫是一種強烈的刺激性氣體，通常是由廢水中有機物質(zhì)分解產(chǎn)生的。高濃度的硫化氫可以直接對水生生物產(chǎn)生毒性作用，抑制其呼吸過程并降低溶解氧的利用效率。此外，硫化物還可以與水中的溶解氧發(fā)生反應(yīng)并生成硫酸鹽，進(jìn)一步降低了水體中的溶解氧含量。

3.2 生物活動過程

3.2.1 藻類

藻類生長過程中對溶解氧的消耗以及死亡后分解對溶解氧的供應(yīng)，對水體中的溶解氧含量會產(chǎn)生重要影響。表2中列舉了一些常見藻類的生長速率和相應(yīng)的溶解氧消耗速率的數(shù)據(jù)，用于輔助說明這種影響。根據(jù)研究數(shù)據(jù)可以看出，藻類在生長過程中會消耗大量溶解氧[2]。

表2 ?常見藻類生長速率和響應(yīng)溶解氧消耗速率表

表2中的數(shù)據(jù)表明，藻類的生長速率與其對溶解氧的消耗速率存在著一定的正相關(guān)關(guān)系。藻類的大量生長會導(dǎo)致水體中溶解氧的降低，對水生生物的生存和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。而藻類死亡后，會分解并釋放出有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)在分解過程中會消耗氧氣。表3為不同藻類死亡后的分解對溶解氧供應(yīng)速率的實驗數(shù)據(jù)。

表3 不同藻類死亡后分解對溶解氧的供應(yīng)速率影響表

表3中的數(shù)據(jù)表明，死亡藻類的分解過程會釋放出有機物質(zhì)，對溶解氧的供應(yīng)會產(chǎn)生一定的影響。然而，需要注意的是，分解速率和溶解氧供應(yīng)速率與藻類的種類、環(huán)境條件等因素有關(guān)。

3.2.2 細(xì)菌

細(xì)菌降解有機物是一個重要的生物降解過程，其對溶解氧的消耗和溶解氧的供應(yīng)都會產(chǎn)生影響。細(xì)菌降解有機物需要氧氣作為電子受體來進(jìn)行呼吸代謝，進(jìn)而將有機物分解為無機物并釋放能量。這個過程稱為好氧呼吸，會消耗大量的溶解氧。細(xì)菌通過有機物與氧氣發(fā)生的反應(yīng)獲得能量，并合成細(xì)胞物質(zhì)。在這個過程中，氧氣被還原為水，因而會消耗掉水體中的一部分溶解氧。然而，細(xì)菌降解有機物后也會釋放出一些有機物的殘留物和代謝產(chǎn)物，這些有機物進(jìn)一步提供了微生物降解的底物。其他細(xì)菌或微生物可以利用這些有機物進(jìn)行進(jìn)一步降解，這個過程稱為厭氧呼吸。厭氧呼吸不需要氧氣作為電子受體，因此不消耗溶解氧。相反，該過程會將其他物質(zhì)如硝酸鹽、硫酸鹽等作為電子受體，這個過程會釋放出溶解氧，從而提供了水體中的溶解氧供應(yīng)。

3.3 水體特征

3.3.1 水溫

水溫對溶解氧的溶解度有著重要影響，隨著水溫升高，溶解氧的溶解度會降低。這是由于水溫升高會加劇水分子的熱運動，是水體密度降低以及氧氣分子在水中的擴散速率加快等因素的綜合作用。首先，水溫升高會增加水分子的熱運動速度和能量，使水分子之間的相互作用減弱，從而降低溶解氧的溶解度。其次，水溫升高會使水體密度降低，導(dǎo)致水體混合程度減弱，進(jìn)而減緩了氧氣分子在水中的溶解過程。此外，水溫升高還會加快氧氣分子在水中的擴散速率，但這種效應(yīng)相對較小，通常被水分子熱運動的影響所抵消。因此，水溫升高會導(dǎo)致溶解氧含量降低，這對水生生物和水體生態(tài)系統(tǒng)的正常功能產(chǎn)生了重要影響。

3.3.2 鹽度

鹽度對溶解氧的溶解度也有著顯著的影響。一般來說，隨著鹽度的增加，溶解氧的溶解度會減少，這是由于鹽度變化引起的溶解氧濃度變化以及溶質(zhì)效應(yīng)等因素的綜合作用。當(dāng)水中的鹽度增加時，溶質(zhì)效應(yīng)會導(dǎo)致溶解氧的溶解度降低。溶質(zhì)效應(yīng)是指溶液中溶質(zhì)分子與溶劑分子之間的相互作用，在高鹽度環(huán)境下，溶質(zhì)分子會與溶劑分子之間形成更多離子間的相互作用，從而減少了水分子與氧氣分子之間的空間和能量，使得氧氣分子更難以溶解。因此，高鹽度環(huán)境下的溶解氧溶解度較低。

4 溶解氧偏低產(chǎn)生的影響與應(yīng)對措施

溶解氧偏低對水生生物和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都會產(chǎn)生重要影響。首先，低溶解氧會限制水生生物的呼吸過程，導(dǎo)致生物體內(nèi)缺氧，進(jìn)而影響其生長、繁殖和存活能力。其次，低溶解氧會引發(fā)生態(tài)鏈條的崩潰，影響食物網(wǎng)的平衡，破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能。此外，低溶解氧還可能導(dǎo)致水體中有毒物質(zhì)的積累，進(jìn)一步危害水生生物。溶解氧偏低可能導(dǎo)致多種水生生物受損情況。例如，魚類群體可能因缺氧而死亡或遷移至更適宜生存的環(huán)境。底棲動物如底棲昆蟲和甲殼類動物也會受到影響，而這些生物是水體生態(tài)系統(tǒng)中重要的食物來源和水質(zhì)指示生物。當(dāng)溶解氧偏低時，底棲動物的數(shù)量可能減少，從而影響了整個食物網(wǎng)的穩(wěn)定性[3]。

為了應(yīng)對溶解氧偏低產(chǎn)生的影響，需要政府相關(guān)部門制定和執(zhí)行水資源保護(hù)和污染防治的政策法規(guī)，其中包括限制污染物排放、加強水體監(jiān)測和管理等，這對于改善溶解氧偏低的情況至關(guān)重要。此外，推動環(huán)境保護(hù)教育和意識的提升也是重要一環(huán)，這樣可以促進(jìn)公眾對水資源保護(hù)的重視和參與。另外，通過采用其他改善水體溶解氧狀況的技術(shù)方法也可以解決溶解氧偏低的問題，其中包括增氧設(shè)備的應(yīng)用。該技術(shù)是通過向水體中注入氧氣來提高水體中的溶解氧含量。此外，水體通氣也是一種有效的方法，可以通過增加水體與大氣之間的氧氣交換，提高溶解氧的供應(yīng)。其他技術(shù)方法還包括改善水體流動性、減少有機負(fù)荷、控制富營養(yǎng)化等，以維持良好的水體生態(tài)環(huán)境和溶解氧狀況。

5 結(jié)語

保持水體中溶解氧含量的穩(wěn)定是保護(hù)水生生物和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過制定相關(guān)的政策法規(guī)、管理措施及采取相應(yīng)的技術(shù)方法，可以有效改善溶解氧偏低的問題，以確保水體中的氧氣供應(yīng)充足，進(jìn)而能夠保護(hù)水資源，維護(hù)水生態(tài)環(huán)境的健康。