东平湖溶解氧及影响因素分析

夏 涵 赵亚峰 温龙龙 王馨慧 王 珊 刘加珍＊（聊城大学地理与环境学院，山东 聊城252059）

0 引言

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）是指溶解在水中的游离态氧，是表征水环境质量和生态系统健康的关键性因素[1]，是研究水体自净能力的一个指标[2]。大气复氧和水生植物的光合作用是水体DO的主要来源[3]，在常温条件下，水体溶解氧量为8~14 mg/L[4]。有关研究表明：DO＞7.5 mg/L，水中溶解氧处于饱和状态，河流和湖泊比较清洁；DO＜5 mg/L时，湖泊内的浮游生物无法生存；对于大多数鱼类DO＞4 mg/L时才能维持其正常生命活动；好氧微生物生存的前提条件是DO应保持在2~5 mg/L；当DO＜2 mg/L时，该水体低氧或缺氧[5]。

东平湖位于山东省西部的东平县境内，总面积达627 km2，蓄水总量3×108m3，北通黄河、西近大运河、东连大汶河，它是黄河下游重要的分滞洪工程，同时，也是南水北调东线工程的最后一级蓄水湖泊[6]，对整个国家的水资源分配与调动起着至关重要的作用。对东平湖湖区的环境因子进行采样分析，研究东平湖湖区表层溶解氧现状及其影响因素，有利于了解东平湖湖区的污染状况，对控制东平湖湖水污染问题及区域水质保护有指导作用。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

于2018年8月和10月，在东平湖湖区进行调查采样，根据湖区面积均匀的选取40个采样点。用250 mL玻璃瓶对表层水水样进行采集[7]，现场利用便携式仪器测定水温、pH、溶解氧（DO）浓度等，TN、TP在实验室测定，用碱性过硫酸钾消解、紫外分光光度法测定总氮（TN）质量浓度，钼酸铵分光光度法测定总磷（TP）质量浓度，数据取连续三次测量后的平均值。

1.2 绘图与数据处理

应用Excel软件进行数据处理和分析，arcgis软件绘制采样点分布图和空间分布图，SPSS软件对数据进行相应的统计和分析。

2 结果与分析

2.1 溶解氧分布情况

8月份溶解氧量在7.07~20.16 mg/L，均值为9.99 mg/L，根据国家地表水环境质量Ⅲ类水标准[8，9]，95%的采样点位溶解氧含量达到Ⅰ类水标准。10月份溶解氧量介于3.3~8.5 mg/L，均值为7.59 mg/L，出湖口处溶解氧含量为Ⅳ类水标准，20%采样点位DO含量均达到Ⅱ类水标准；75%采样点位溶解氧含量达到Ⅰ类水标准。10月份雨量较少，湖泊的水质自净能力差，水体中有机质和悬浮物含量高，水体透明度相对较低，氧化分解大于光合作用[10]，溶解氧量降低。

东平湖8月和10月溶解氧的空间分布见图1，8月溶解氧的量整体上高于10月。从空间分布来看，8月份溶解氧含量大体上呈现出由西南部湖区向东北方向递减的规律，最大值位于西南岸的戴村镇附近,为20.16 mg/L，藻类生长旺盛，湖水过饱和；出湖口附近溶解氧量最低，为7.07 mg/L，此处水深较浅，水体流动缓慢，加上夏季温度高，水体会形成温跃层，上下水体的对流运动受到阻碍，水体中溶解氧的含量得不到及时的补充[3]。10月溶解氧含量呈由湖心向外逐级递减的趋势，湖心区域的溶解氧量最高，为8.5 mg/L，出湖口处溶解氧量最低，为3.3 mg/L，是因为污染物质聚集在出湖口处，其分解过程需要消耗水中溶解氧。

图1 8、10月DO空间分布图

2.2 溶解氧与各环境因素间的相关性分析

水体中溶解氧的含量与空气中氧的分压、大气压力、水的温度、深度、水中各种盐类的含量以及光照强度等多种因素有关[11]，不同地区的影响因素具有一定的差异。Pearson相关系数是衡量变量间相关性的方法，现取东平湖pH、温度、TN、TP这四种环境因素，用SPSS18.0对溶解氧跟各项因素进行相关性分析。

8月份各因素相关性由表1所示，溶解氧与pH呈显著正相关（P≤0.05），与温度呈极弱的负相关，溶解氧与TN、TP呈极弱的正相关性。10月份各因素相关性由表2所示，溶解氧与pH呈显著正相关（P≤0.05），溶解氧与水温呈显著负相关，溶解氧与TN呈极弱的负相关性，与TP呈极弱的正相关性。

表1 8月湖区不同指标间的相关系数

表2 10月湖区不同指标间的相关系数

2.2.1 溶解氧与pH

8月pH均值为7.49，10月pH均值为8.19，数据差异性不大。对8、10月溶解氧和pH做曲线拟合，拟合结果为溶解氧和pH呈线性关系，溶解氧随pH的增加而升高。由图2（a）得8月溶解氧与pH线性结果为Y=355.195-95.738X+6.624X2（R2=0.646），符合二次函数模型，且当X=7.23时，Y为最大值，因此，在8月当pH值小于7.2时DO随pH的升高而降低，当pH值大于7.2时DO随pH的升高而升高，当pH值等于7.2时，水体中溶解氧含量最低为9.26 mg/L；这是由于水中动植物光合作用和呼吸作用释放和吸收CO2，使水体pH值发生变化，影响O2的产生和消耗[12]。由图2b得10月份溶解氧与pH线性结果为Y=-753.487+185.125X-11.253X2（R2=0.753），符合二次函数模型，当X=8.23时，Y为最大值，因此，在10月份当pH值小于8.23时，DO随pH的升高而升高，当pH值大于8.23时DO随pH的升高而降低，当pH值等于8.23时，水体中溶解氧含量最高为7.89 mg/L。pH与DO相关系数低，可能是由于水体pH受光合作用影响较小，使得pH对DO的控制作用削弱了[13]。李艳红[4]等人研究鄱阳湖水体溶解氧，得出溶解氧与pH的相关性在丰枯水期一致的结论；水生植物在白天进行光合作用，消耗CO2产生大量的O2，水体溶解氧呈过饱和状态的同时水体pH值升高；溶解氧的饱和程度随pH值升高而增大，两者呈协同变化[14]。罗东莲[15]等人提出pH对于溶解氧的贡献是通过生化过程表现出来的，水生生物呼吸作用释放CO2也会对DO和pH有一定的影响[4]；黄岁樑[16-18]在研究藻类植物时，提出可以利用pH和DO显著相关这一特点来判断水体的富营养化，以对“水华”或“赤潮”现象进行预测和预警。

图2 溶解氧与DO关系

2.2.1 溶解氧与温度

8月份和10月份溶解氧与温度的线性关系如图3a、3b所示。8月份方程为Y=-0.3068X+18.776（R2=0.026），10月份方程为Y=-0.2169X+12.23（R2=0.3467），溶解氧随温度升高而降低，呈负相关。在自然条件下，空气中的含氧量变化不大，温度决定了水中溶解氧的含量，温度越高，水生动物在高温下摄食运动量加大耗氧多使得水体中溶解氧的含量越低。东平湖属于大陆性半湿润型季风气候，气温变化明显。8月份，溶解氧与水温呈极弱的负相关，说明在夏季温度较高时，水温对溶解氧浓度的影响不大。宋国栋[19]等在研究黄海所有调查站的温度与溶解氧之间的关系时，证明了温度是影响溶解氧分布的一个重要因素。贺冉冉[3]等也提出，对于温度较高(＞18℃)的月份，更复杂的生物因素决定了溶解氧的浓度，温度不是控制DO浓度的主要因素。

图3 溶解氧与温度关系

2.2.3 溶解氧与TN、TP

TN、TP对于水生动物、水生植物的重要性不言而喻，其不仅仅是主要的营养元素，也会在一定程度上通过影响溶解氧的含量进而影响到水生生物。TN、TP与溶解氧的相关系数均小于0.2，为极弱相关。8月份和10月份，溶解氧与TP呈正相关，但相关性不显著。磷与生物生长密切相关，水体中的磷能被水生生物进行光合作用吸收，水体中磷含量高，藻类等水生生物的光合作用强，能产生更多的氧气，使水中的溶解氧得到充分的补充。

除此之外，流速对溶解氧也有一定影响。流速越快，一定时间内溶于水体中的溶解氧的量越多，不同区域的流速不同时，当两者相碰时，产生的湖水碰撞翻滚现象会增大水体与空气中氧的接触面积，增加水中复氧的含量。当河流流速较小时，对于河流中DO的复氧速率的影响程度不大，可以忽略流速对于溶解氧的影响。

3 结论

（1）东平湖湖泊溶解氧分布不均匀，8月溶解氧变幅在7.07～20.16 mg/L，95%采样点位达到Ⅰ类水水质标准，10月份溶解氧量介于3.3～8.5 mg/L，75%采样点位达到Ⅰ类水水质标准。8月份湖区西南部湖区溶解氧量较高，出湖口处溶解氧量最低，10月份湖心区域溶解氧量最高，出湖口处溶解氧量最低。

（2）影响溶解氧的因素有很多，其中pH对溶解氧影响较大且复杂，符合二次回归模型，8月份当pH＜7.2时DO随pH的升高而降低，当pH＞7.2时，DO随pH的升高而升高，10月份当pH＜8.23时，DO随pH的升高而升高，当pH＞8.23时DO随pH的升高而降低；溶解氧与温度呈负相关；TN、TP对溶解氧影响程度低。