东白城子站畅流期停测侵蚀CO2和游离CO2的探讨

石玉和

（辽宁省阜新水文局，辽宁阜新123000）

东白城子站畅流期停测侵蚀CO2和游离CO2的探讨

石玉和

（辽宁省阜新水文局，辽宁阜新123000）

根据东白城子河段近十几年试验监测资料，采用几种化学计量关系，分析论证了该河段的侵蚀CO2和游离CO2的含量周期性变化规律，为合理利用这一规律提供科学依据，并为该河段的水质监测评价工作节省了人力、物力、财力。

有氧光合成；评价；化学计量

东白城子水文站监测绕阳河二道河子至东白城子站河段，该河段上游范围内无大型工矿企业排放污水，因此，该河段除pH（有时超标）和悬浮物超标外，其余各项指标均符合水质标准要求，水质良好。通过对该河段近十几年的水质监测成果来看，发现CO2和游离CO2的含量遵循着一定规律，即在畅流期pH＞8.3时未发现该两项指标。本文就这一规律为出发点加以论述。

1 水体中CO2的来源

水体中CO2的来源主要是水中有机物的分解及水生物的呼吸作用，亦可从空气中吸收。水中有机物的分解及水生物的呼吸占主要地位，河流中的腐殖质、微生物、泥沙及土壤微孔表面作用，在水中发生一系列沉淀吸附、化和分解、络合等物理化学及生物转化作用。这些途径所形成的CO2在水体中受多重因素的影响，致使其具有明显的季节性、昼夜间的明显区别。

2 监测

东白城子水质测验河段自1998年至2014年侵蚀CO2和游离CO2及pH值监测情况如表1（选取2007～2014年）。

表1 pH值侵蚀CO2游离CO2监测成果

由表1可见，东白城子水质测验河段在畅流期pH＞8.3的条件下不含侵蚀CO2和游离CO2，在冰封期含有该两项。

3 成因分析

3.1 pH值的影响

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%）与水作用形成碳酸，即CO2+H2O=H2CO3。

通常将二者的总和CO2+H2CO3称为游离CO2，游离CO2在天然水中的变化较为复杂，与水中的pH值、HCO3-离子有如下关系：H2O+CO2=H2CO3=H++HCO3-

当pH＜8.3时，平衡趋向于CO2方向；当pH＞8.3时，平衡则趋向于右边。这由于畅流期光合作用强烈，水中H+由于光合作用而减少，不易与HCO3-形成H2CO3，从而使东白城子河段畅流期pH＞8.3时不含游离CO2，也不含侵蚀CO2。

由表1可见，东白城子河段畅流期pH值几乎都在8.3以上，显碱性，而实测侵蚀CO2和游离CO2的含量均为零。因此，根据这种规律，只要在畅流期现场测该河段的pH值就可决定是否需要测侵蚀CO2和游离CO2的含量。

3.2 有氧光合作用的影响

水体内还有许多在生物参与下才能进行的反应，统称为生化反应。其中最重要的是光合作用与呼吸作用在控制和生物有密切关系的那些元素及化合物的动态方面反应。

从化学的角度看，可以把光合作用归结为CO2还原为有机物的过程，为“受氢体”或“电子接受体”，绿色植物（包括藻类）是用H2O作“供氢体”或“电子给予体”，在还原CO2同时产生O2，故被称为“有氧光合成”。

表示浮游植物光合成过程中有关元素的计量关系为：106CO2+16NO3+PO43-+122 H2O+19H+（痕量元素的）→C106H263O110N16P1+ 138O2。在此生化反应中O、C、N、P四种元素的计量关系为：原子个数比为：O∶C∶N∶P=276∶106∶16∶1；重量比为：O∶C∶N∶P=142∶41∶7.2∶1。

根据计量关系预测浮游植物进行光合作用，每耗用1mg P必然同时耗用7.2mgN、76mLCO2（41mgC），并生成月100mg浮游植物（干重），同时还释放出99m L的O2。虽然这种计量关系只代表一种计算结果，与实际水体不尽相符，但作为一种相关关系来说，足以证明水体受光合作用。在CO2还原有机物的过程中产生大量的O2，从而使CO2减少。对东白城子测验河段来说，其河流特性（水面宽、水浅、地质较好、水生物稀）导致该河段畅流期受光合作用强烈，因此，该河段畅流期在pH＞8.3时不含侵蚀CO2和游离CO2。

3.3 呼吸作用的影响

呼吸作用可归结为碳水化合物等含能物质分解，并释放出能量的氧化反应。含能物质在其中起电子给予体或供氧体的作用。用作电子接受体或受氧体的具体物质则随生物不同而异。已知的有分子态氧、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐及有机物，相应的呼吸作用就称为氧气呼吸、硝酸呼吸、硫酸还原、发酵等。

有关元素的计量关系如下：

（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

由以上计量关系可知，水生物的呼吸作用消耗有机物和氧气，产生CO2与有氧光合作用相矛盾。这对矛盾的相互作用是水体中的一对重要反应，也是影响水体中侵蚀CO2和游离CO2含量的重要因素，对水质产生极大影响。在同一时间、同一水体内，若有氧光合成强于有氧呼吸作用，则水体内溶解氧积累，不含CO2，水质良好。反之，水质恶化。而东白城子河段在畅流期，由于河段特性引起的光合作用超过呼吸作用。所以，水质良好，在pH＞8.3时不含CO2。在封冻期，由于冰面覆盖，水体受光合作用影响弱，所以呼吸作用使水体含有CO2。

4 结语

（1）畅流期在pH＞8.3时不含侵蚀CO2和游离CO2，在河段特性不变的情况下，这种规律将持续不变。

（2）建议畅流期在pH＞8.3时停测侵蚀CO2和游离CO2。这样可以节省人力、财力，也给测验带来诸多方便。

［1］GB3838—2002，地表水环境质量标准［S］.

［2］GB 11901—89，水质悬浮物的测定重量法［S］.

［3］GB 11913—89，水质溶解氧的测定电化学探头法［S］.

［4］刘文光.水文分析与计算［M］.水利电力出版社，1989.

［5］GB50179—93，河道流量测验规范［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（汉族），辽宁阜新人，高级工程师，主要从事水文测验、预报等工作，（Tel）13500482180。