水与氧气的纠葛—-中国科学院带农业生态研究所

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办公室里有一个鱼缸,师兄师姐们养了些金鱼。假山、鱼草、砾石,金鱼的房子装饰的非常华丽,鱼儿们游来游去吐吐泡,过得相当惬意。这些娇贵的金鱼给我们办公室带来了一些生气,鱼缸里的亮丽景色也与窗外的春天相互辉映。师兄师姐们也经常换水、添食、打扫鱼缸,忙起来都不觉得累。紧张的生活中难得感觉到了安逸,于是我就想起了小时候爸爸养金鱼的那些日子,还有我不懂事时的破坏能力。

回忆中的某一个下午,我放学回家,看到鱼缸里的水有些脏了,就想给小鱼换一下水。但我不会用洗耳球和软管去虹吸,模仿大人的动作却徒劳无功。于是我只好先把小鱼捞出来再想办法把水倒掉。找到一个盆随手倒了些凉白开进去,“新家”做好了,我再请鱼儿入住。倒完脏水,整盆白开连带着小鱼被我倒入空鱼缸。沾沾自喜之时,我却发现小鱼探出嘴巴大口大口的吞着空气。不喜欢干净的水么,我心里这样想,只不过没太在意,继续玩去了。等爸妈下班回来后,我邀功心切,带他们看我的成果。我爸看到我的杰作之后,赶紧给他的爱鱼换了水,气得他要打我了。还说幸亏没直接去接自来水,不然所有鱼都会被我害死。吓得我以后不敢随便伺候他的鱼了,直到多年后我才搞懂其中的道理。

水中的溶解氧是鱼和其他水生生物赖以生存的要素,煮沸过的水溶解氧含量很低,所以我加了凉白开后,鱼在水中缺氧而浮上水面呼吸。正如阴雨天鱼类浮上水面一样,都是水中缺氧惹的祸。气压、盐度、温度是制约水中溶解氧含量的三个要素。其他要素不变的情况下,气压越低,水中溶解氧含量越低;温度越高,水中溶解氧含量越低;盐度(溶解物质质量与水质量的比)越高,水中溶解氧含量越低。白开水在高温时析出了大量溶解氧,导致它不适合用于养鱼。阴雨天气压低,水中溶解氧较少,因此鱼类也选择游到含氧较多的水面进行呼吸。此外,盐溶液浓度每提高100毫克每升,溶解氧也会大约下降1%。这也可以从一方面解释高浓度工业废水难于生物净化或水体自净,高盐度水体中溶解氧很低,难以进行好氧过程。

除了凉白开,自来水也不适合养鱼。一来水中溶存的次氯酸有毒害作用,要经过曝晒分解后才能用来养鱼;二来水温低、溶解氧少,水环境改变对鱼有害,所以不适合直接使用。

为了验证我自己当年是真的做错了,我自己动手搞了一个小实验。我把沸水分别装入5根100毫升离心管中,然后放入-18度冰箱中降温。10分钟后取出,测第1号管中水的溶解氧量。然后以15分钟为间隔测量其中一管,测第2、3、4、5号管。得到的结果如下表格所示。

时间

16:20

16:45

17:00

17:15

17:30

温度℃

34.6

27.6

25.8

23.8

22.2

溶解氧mg/l

2.23

2.65

2.69

2.69

2.74

气压mbar

1004

1004

1004

1004

1004

表1.白开水中溶解氧测量结果

为了准确性我还做了一个常温自来水对照试验,自来水对照结果如下。

时间

16:10

16:25

16:40

16:55

17:10

温度℃

19.2

20.6

19.6

20.3

20.2

溶解氧mg/l

3.08

3.28

3.48

3.67

3.94

气压mbar

1004

1004

1004

1004

1004

表2.常温自来水溶解氧变化

这个小实验说明了,白开水溶解氧低且难以恢复;自来水在管道中溶解氧低,自来水本身溶解氧较天然水体低。正常条件下大气中氧含量为200mg/l,天然水体中为8-10mg/l。考虑到温度对溶解氧的影响,白开水恢复常温的过程可以解释溶解氧含量上升。所以白开水短时间内难以恢复成自然水体,而自来水溶解氧量按照每小时改变1mg/l的速度也需要5-7个小时恢复。综上,用白开水养鱼的我是真的错了。
是否有其他因素也影响水中溶解氧含量呢?好奇心作祟,我又试了下氨气发生反应,验证产出氨气是否可以排出氧。可能由于反应时温度较低,没有加热使氨气快速溢出,导致最后结果是溶解氧量没有明显变化。如果可以轻微加热(不引入温度因素),我想这种溶存气体量对溶解氧量的影响是可以得到验证的。
做了这些简单的小实验后,我对自然生态又有了新的认识。以往不注意的小事都可以深入思考,发现、探索新事物。正如大自然溶于水中的氧气,我们的大脑也需要融入更多的知识。