水草茂盛的水域 pH為何容易偏高甚至“超標(biāo)”？
明清澈見(jiàn)底，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)I~III類(lèi)，水下森林生長(zhǎng)完美，可pH卻不達(dá)標(biāo)！
"pH偏高甚至超標(biāo)，是水生態(tài)修復(fù)比較容易出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。這個(gè)現(xiàn)象往往發(fā)生在項(xiàng)目中后期，尤其是夏秋季，水下森林構(gòu)建完成，并形成了相對(duì)穩(wěn)定的凈化系統(tǒng)。你看得到沉水植物生長(zhǎng)旺盛，甚至觀察得到其葉片不斷滋生的氣泡，一汪清水著實(shí)喜人，不亞于廣告中有點(diǎn)甜的礦泉水。放心的交由第三方檢測(cè)水質(zhì)，卻被告知pH為9.7，超出了地表水標(biāo)準(zhǔn)的6~9限值，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)!可其他指標(biāo)明明很好。DO為I類(lèi)，COD為II類(lèi)，氨氮為II類(lèi)，TP為III類(lèi)，這樣的水說(shuō)不達(dá)標(biāo)，很難讓人理解。
是水質(zhì)真的不好么，肯定不是。是檢測(cè)結(jié)果有偏差么，卻也未必。拋開(kāi)外部人為因素等影響，水體pH超標(biāo)的內(nèi)在原因是什么呢？
1 pH超標(biāo)的表現(xiàn)
一般情況下，水生態(tài)系統(tǒng)初步構(gòu)建完成后，水體各項(xiàng)污染指標(biāo)均會(huì)得到大幅削減，pH也會(huì)回歸至7~9的常規(guī)水平，水質(zhì)整體向好。
隨著水草生長(zhǎng)繁殖，水下森林覆蓋率不斷提升。夏季高溫時(shí)節(jié)更是大多數(shù)沉水植物分蘗的高峰期，在此期間，可能發(fā)生水體pH超標(biāo)現(xiàn)象（統(tǒng)一表現(xiàn)為pH＞9，一般不會(huì)超過(guò)10），水體呈堿性。
從空間來(lái)講，pH超標(biāo)現(xiàn)象并不會(huì)發(fā)生在整個(gè)水域，而大多出現(xiàn)在沉水植物生長(zhǎng)最為旺盛的區(qū)域；從時(shí)間來(lái)講，pH超標(biāo)也多發(fā)生在5~8月份的晴天中午10:00~16:00之間，正午時(shí)段發(fā)生概率最高。
此外，pH超標(biāo)一般為單獨(dú)現(xiàn)象，基本不影響水體透明度及其他水質(zhì)指標(biāo)。
2 水這么好，pH為何還會(huì)超標(biāo)？
可以說(shuō)，恰恰是水質(zhì)好、水草旺盛，才更易發(fā)生pH超標(biāo)現(xiàn)象。
pH超標(biāo)的原因，可以簡(jiǎn)述為：沉水植物光合作用消耗水中的CO2，CO2的減少又會(huì)改變水中碳酸平衡，進(jìn)而導(dǎo)致水體pH升高。
水體中的碳酸平衡方程為：
而沉水植物的光合作用又與碳酸鹽體系存在著如下關(guān)系：
上述平衡控制著水體pH的變化，任何一種離子濃度的變化都將引起pH的改變。
在水草生長(zhǎng)旺盛的區(qū)域，擁有更強(qiáng)的光合作用，也就意味著要消耗更多的CO2，當(dāng)植物不能直接從水體中獲得足夠的游離二氧化碳時(shí)，只能從碳酸氫根奪取二氧化碳，方程式（6）向右移動(dòng)，釋放出OH-，導(dǎo)致pH升高。
根據(jù)王傳海等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物在光合作用光反應(yīng)階段會(huì)產(chǎn)生大量原子氧，導(dǎo)致水體DO含量迅速提升，為保持細(xì)胞內(nèi)外的酸堿平衡，植物也會(huì)把細(xì)胞內(nèi)形成的OH-排出細(xì)胞外，導(dǎo)致水體中OH-濃度升高，進(jìn)而引起水體pH升高。
隨著光照條件變?nèi)酰参锕夂献饔靡仓饾u減弱，pH將逐步降低；夜晚由于光合作用的消失，同時(shí)植物的呼吸作用會(huì)產(chǎn)生一定量的CO2，水體pH值將逐步恢復(fù)至偏中性狀態(tài)（7.0~9.0）。
3 pH超標(biāo)一定是壞事嗎？
由水污染引起的pH含量超標(biāo)，當(dāng)然不是好事。
但由于沉水植物系統(tǒng)光合作用引起的pH短暫升高，也并非壞事。這是一種正常的自然現(xiàn)象。
研究表明，pH的變化會(huì)改變微生物的環(huán)境條件。當(dāng)沉水植物光合作用增強(qiáng)，水體中pH升高，有助于下面方程向左移動(dòng)，促進(jìn)水中氨氮以氣體形式逸出水體。
此外，隨著pH的升高，碳酸根的比例在逐步增加，有利于與水中鈣、鎂等陽(yáng)離子形成沉淀，水體總硬度也隨之下降，即起到了“生物脫鈣”作用。
趙聯(lián)芳等人研究表明，當(dāng)水體pH＞8.55時(shí)，種植有伊樂(lè)藻的水體才表現(xiàn)出明顯的削減氨氮的作用，在pH＜8時(shí)該作用則不顯著。其通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在沉水植物生物量較大時(shí)，pH小幅度升高即可促進(jìn)系統(tǒng)中N的去除。
當(dāng)然，植物光合作用也不會(huì)無(wú)限制的提高水體的pH值。畢竟植物生長(zhǎng)也有自己的邊界條件。當(dāng)水體pH過(guò)高，也會(huì)反過(guò)來(lái)降低沉水植物的光合放氧量，抑制光合作用。
張瀏等人研究表明，水體pH的大幅增加，會(huì)導(dǎo)致一系列的水化學(xué)變化，如氧化還原狀態(tài)、營(yíng)養(yǎng)鹽形態(tài)，也可導(dǎo)致沉水植物生產(chǎn)力下降，凈化作用降低，過(guò)高的pH值也可能直接引起植物的死亡。
需要注意的是，這種高pH的極端現(xiàn)象，絕非僅僅來(lái)自植物自身的光合作用。如果水體pH超過(guò)10甚至更高，就應(yīng)該好好檢查是否存在外部的干擾因素了。
4 科學(xué)案例佐證
中科院南京地理與湖泊研究所的王傳海教授團(tuán)隊(duì)，在其關(guān)于苦草對(duì)水體環(huán)境因子影響變化的研究中發(fā)現(xiàn)，種植有苦草的水體，其溶解氧、pH值均顯著高于無(wú)植物的水體。
研究還表明，種植有苦草的水體其pH值日變化趨勢(shì)明顯，pH呈明顯的以下午3點(diǎn)為最高值的單峰曲線。最高值達(dá)到9.25，6:00~23:00期間pH平均為8.24。
這一現(xiàn)象的發(fā)生，也正是由于沉水植物的光合作用消耗水體中的CO2所致，進(jìn)而引起pH升高。值得注意的是，即使到了凌晨，有苦草的水體中pH值仍然高于無(wú)苦草的對(duì)照組，這可能意味著CO2在水中溶解的速率較慢。
狄春華在其發(fā)表的《尚湖原水pH異常原因分析與應(yīng)對(duì)》一文指出，“……在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：4月底尚湖pH值突然升高，6月中旬回落至8.5以下；7月上旬開(kāi)始一路上升，最高達(dá)9.68（8月中旬），直至10月中旬才回落至8.5以下。”
研究認(rèn)為，pH的異常與湖泊沉水植物生長(zhǎng)旺盛、光合作用強(qiáng)有關(guān)。光合作用釋放大量氧氣，并吸收CO2，促使湖水中的碳酸平衡發(fā)生變化，導(dǎo)致pH升高。6月份pH回落是因?yàn)楫?dāng)?shù)刈?月11日入梅，梅雨期26天，與pH低谷時(shí)段相當(dāng)。
5 寫(xiě)在最后
總體來(lái)講，由沉水植物光合作用引起的pH升高或不穩(wěn)定現(xiàn)象，不必大驚小怪，這種pH的變化，更像是表征水生態(tài)修復(fù)成效的一種良性指標(biāo)。
事實(shí)上，在水生態(tài)考核工作中，建議不必模式化的照搬pH為6~9的標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)結(jié)合其他多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，用老百姓看得見(jiàn)、感受得到的方法，綜合判定水質(zhì)。
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