東白城子站暢流期停測侵蝕CO2和游離CO2的探討

石玉和

（遼寧省阜新水文局，遼寧阜新123000）

東白城子站暢流期停測侵蝕CO2和游離CO2的探討

石玉和

（遼寧省阜新水文局，遼寧阜新123000）

根據東白城子河段近十幾年試驗監測資料，采用幾種化學計量關系，分析論證了該河段的侵蝕CO2和游離CO2的含量周期性變化規律，為合理利用這一規律提供科學依據，并為該河段的水質監測評價工作節省了人力、物力、財力。

有氧光合成；評價；化學計量

東白城子水文站監測繞陽河二道河子至東白城子站河段，該河段上游范圍內無大型工礦企業排放污水，因此，該河段除pH（有時超標）和懸浮物超標外，其余各項指標均符合水質標準要求，水質良好。通過對該河段近十幾年的水質監測成果來看，發現CO2和游離CO2的含量遵循著一定規律，即在暢流期pH＞8.3時未發現該兩項指標。本文就這一規律為出發點加以論述。

1 水體中CO2的來源

水體中CO2的來源主要是水中有機物的分解及水生物的呼吸作用，亦可從空氣中吸收。水中有機物的分解及水生物的呼吸占主要地位，河流中的腐殖質、微生物、泥沙及土壤微孔表面作用，在水中發生一系列沉淀吸附、化和分解、絡合等物理化學及生物轉化作用。這些途徑所形成的CO2在水體中受多重因素的影響，致使其具有明顯的季節性、晝夜間的明顯區別。

2 監測

東白城子水質測驗河段自1998年至2014年侵蝕CO2和游離CO2及pH值監測情況如表1（選取2007～2014年）。

表1 pH值侵蝕CO2游離CO2監測成果

由表1可見，東白城子水質測驗河段在暢流期pH＞8.3的條件下不含侵蝕CO2和游離CO2，在冰封期含有該兩項。

3 成因分析

3.1 pH值的影響

CO2在水中主要以溶解分子的形式存在，但也有很少一部分（1%）與水作用形成碳酸，即CO2+H2O=H2CO3。

通常將二者的總和CO2+H2CO3稱為游離CO2，游離CO2在天然水中的變化較為復雜，與水中的pH值、HCO3-離子有如下關系：H2O+CO2=H2CO3=H++HCO3-

當pH＜8.3時，平衡趨向于CO2方向；當pH＞8.3時，平衡則趨向于右邊。這由于暢流期光合作用強烈，水中H+由于光合作用而減少，不易與HCO3-形成H2CO3，從而使東白城子河段暢流期pH＞8.3時不含游離CO2，也不含侵蝕CO2。

由表1可見，東白城子河段暢流期pH值幾乎都在8.3以上，顯堿性，而實測侵蝕CO2和游離CO2的含量均為零。因此，根據這種規律，只要在暢流期現場測該河段的pH值就可決定是否需要測侵蝕CO2和游離CO2的含量。

3.2 有氧光合作用的影響

水體內還有許多在生物參與下才能進行的反應，統稱為生化反應。其中最重要的是光合作用與呼吸作用在控制和生物有密切關系的那些元素及化合物的動態方面反應。

從化學的角度看，可以把光合作用歸結為CO2還原為有機物的過程，為“受氫體”或“電子接受體”，綠色植物（包括藻類）是用H2O作“供氫體”或“電子給予體”，在還原CO2同時產生O2，故被稱為“有氧光合成”。

表示浮游植物光合成過程中有關元素的計量關系為：106CO2+16NO3+PO43-+122 H2O+19H+（痕量元素的）→C106H263O110N16P1+ 138O2。在此生化反應中O、C、N、P四種元素的計量關系為：原子個數比為：O∶C∶N∶P=276∶106∶16∶1；重量比為：O∶C∶N∶P=142∶41∶7.2∶1。

根據計量關系預測浮游植物進行光合作用，每耗用1mg P必然同時耗用7.2mgN、76mLCO2（41mgC），并生成月100mg浮游植物（干重），同時還釋放出99m L的O2。雖然這種計量關系只代表一種計算結果，與實際水體不盡相符，但作為一種相關關系來說，足以證明水體受光合作用。在CO2還原有機物的過程中產生大量的O2，從而使CO2減少。對東白城子測驗河段來說，其河流特性（水面寬、水淺、地質較好、水生物?。е略摵佣螘沉髌谑芄夂献饔脧娏?，因此，該河段暢流期在pH＞8.3時不含侵蝕CO2和游離CO2。

3.3 呼吸作用的影響

呼吸作用可歸結為碳水化合物等含能物質分解，并釋放出能量的氧化反應。含能物質在其中起電子給予體或供氧體的作用。用作電子接受體或受氧體的具體物質則隨生物不同而異。已知的有分子態氧、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽及有機物，相應的呼吸作用就稱為氧氣呼吸、硝酸呼吸、硫酸還原、發酵等。

有關元素的計量關系如下：

（CH2O）106（NH3）16H3PO4+138O2→（有氧呼吸）106CO2+16HNO3+H3PO4+122H2O

（CH2O）106（NH3）16H3PO4+84.8HNO3→（碳酸呼吸）106CO2+H3PO4+48.4H2O+42.4N2+16NH3

（CH2O）106（NH3）16H3PO4+53SO42-→（碳酸呼吸）106CO2+H3PO4+106H2O+53S2-+16NH3

由以上計量關系可知，水生物的呼吸作用消耗有機物和氧氣，產生CO2與有氧光合作用相矛盾。這對矛盾的相互作用是水體中的一對重要反應，也是影響水體中侵蝕CO2和游離CO2含量的重要因素，對水質產生極大影響。在同一時間、同一水體內，若有氧光合成強于有氧呼吸作用，則水體內溶解氧積累，不含CO2，水質良好。反之，水質惡化。而東白城子河段在暢流期，由于河段特性引起的光合作用超過呼吸作用。所以，水質良好，在pH＞8.3時不含CO2。在封凍期，由于冰面覆蓋，水體受光合作用影響弱，所以呼吸作用使水體含有CO2。

4 結語

（1）暢流期在pH＞8.3時不含侵蝕CO2和游離CO2，在河段特性不變的情況下，這種規律將持續不變。

（2）建議暢流期在pH＞8.3時停測侵蝕CO2和游離CO2。這樣可以節省人力、財力，也給測驗帶來諸多方便。

［1］GB3838—2002，地表水環境質量標準［S］.

［2］GB 11901—89，水質懸浮物的測定重量法［S］.

［3］GB 11913—89，水質溶解氧的測定電化學探頭法［S］.

［4］劉文光.水文分析與計算［M］.水利電力出版社，1989.

［5］GB50179—93，河道流量測驗規范［S］.

East baicheng son standing smoothly period stop erosion of CO2and free CO2

SHI Yu-he
（Fuxin Hydrology Bureau of Liaoning Province，Fuxin 123000，China）

Based on the east river near Baichengzi more than 10 years test monitoring data，using several kinds of stoichiometric relation analysis demonstrates the river erosion of CO2and free CO2content cyclical change rule，thus to provide a scientific basis for reasonable use of this law，for the river water quality monitoring and evaluation work saves manpower and material resources，financial resources，and make due contributions to the development of hydrology.

aerobic photosynthesis；evaluation；stoichiometric

X832

B

1672-9900（2016）04-0054-03

2016-06-28

石玉和（1966-），男（漢族），遼寧阜新人，高級工程師，主要從事水文測驗、預報等工作，（Tel）13500482180。