给水排水水草茂盛的水域，pH为何容易偏高甚至“超标”？

“明明清澈见底，各项水质指标I~III类，水下森林生长完美，可pH却不达标！”
pH偏高甚至超标，是水生态修复比较容易出现的一个问题。这个现象往往发生在项目中后期，尤其是夏秋季，水下森林构建完成，并形成了相对稳定的净化系统。你看得到沉水植物生长旺盛，甚至观察得到其叶片不断滋生的气泡，一汪清水着实喜人，不亚于广告中有点甜的矿泉水。放心的交由第三方检测水质，却被告知pH为9.7，超出了地表水标准的6~9限值，水质不达标!可其他指标明明很好。DO为I类，COD为II类，氨氮为II类，TP为III类，这样的水说不达标，很难让人理解。
是水质真的不好么，肯定不是。是检测结果有偏差么，却也未必。抛开外部人为因素等影响，水体pH超标的内在原因是什么呢？

pH超标的表现
 
一般情况下，水生态系统初步构建完成后，水体各项污染指标均会得到大幅削减，pH也会回归至7~9的常规水平，水质整体向好。
随着水草生长繁殖，水下森林覆盖率不断提升。夏季高温时节更是大多数沉水植物分蘖的高峰期，在此期间，可能发生水体pH超标现象（统一表现为pH＞9，一般不会超过10），水体呈碱性。
从空间来讲，pH超标现象并不会发生在整个水域，而大多出现在沉水植物生长最为旺盛的区域；从时间来讲，pH超标也多发生在5~8月份的晴天中午10:00~16:00之间，正午时段发生概率最高。
此外，pH超标一般为单独现象，基本不影响水体透明度及其他水质指标。

水这么好，pH为何还会超标？
 
可以说，恰恰是水质好、水草旺盛，才更易发生pH超标现象。
pH超标的原因，可以简述为：沉水植物光合作用消耗水中的CO2，CO2的减少又会改变水中碳酸平衡，进而导致水体pH升高。

上述平衡控制着水体pH的变化，任何一种离子浓度的变化都将引起pH的改变。
在水草生长旺盛的区域，拥有更强的光合作用，也就意味着要消耗更多的CO2，当植物不能直接从水体中获得足够的游离二氧化碳时，只能从碳酸氢根夺取二氧化碳，方程式（6）向右移动，释放出OH-，导致pH升高。
根据王传海等（2007）研究发现，沉水植物在光合作用光反应阶段会产生大量原子氧，导致水体DO含量迅速提升，为保持细胞内外的酸碱平衡，植物也会把细胞内形成的OH-排出细胞外，导致水体中OH-浓度升高，进而引起水体pH升高。
随着光照条件变弱，植物光合作用也逐渐减弱，pH将逐步降低；夜晚由于光合作用的消失，同时植物的呼吸作用会产生一定量的CO2，水体pH值将逐步恢复至偏中性状态（7.0~9.0）。

pH超标一定是坏事吗？
 
由水污染引起的pH含量超标，当然不是好事。
但由于沉水植物系统光合作用引起的pH短暂升高，也并非坏事。这是一种正常的自然现象。
研究表明，pH的变化会改变微生物的环境条件。当沉水植物光合作用增强，水体中pH升高，有助于下面方程向左移动，促进水中氨氮以气体形式逸出水体。
此外，随着pH的升高，碳酸根的比例在逐步增加，有利于与水中钙、镁等阳离子形成沉淀，水体总硬度也随之下降，即起到了“生物脱钙”作用。
赵联芳等人研究表明，当水体pH＞8.55时，种植有伊乐藻的水体才表现出明显的削减氨氮的作用，在pH＜8时该作用则不显著。其通过对比发现，在沉水植物生物量较大时，pH小幅度升高即可促进系统中N的去除。
当然，植物光合作用也不会无限制的提高水体的pH值。毕竟植物生长也有自己的边界条件。当水体pH过高，也会反过来降低沉水植物的光合放氧量，抑制光合作用。
张浏等人研究表明，水体pH的大幅增加，会导致一系列的水化学变化，如氧化还原状态、营养盐形态，也可导致沉水植物生产力下降，净化作用降低，过高的pH值也可能直接引起植物的死亡。
需要注意的是，这种高pH的极端现象，绝非仅仅来自植物自身的光合作用。如果水体pH超过10甚至更高，就应该好好检查是否存在外部的干扰因素了。

科学案例佐证
 
中科院南京地理与湖泊研究所的王传海教授团队，在其关于苦草对水体环境因子影响变化的研究中发现，种植有苦草的水体，其溶解氧、pH值均显著高于无植物的水体。
研究还表明，种植有苦草的水体其pH值日变化趋势明显，pH呈明显的以下午3点为最高值的单峰曲线。最高值达到9.25，6:00~23:00期间pH平均为8.24。 
这一现象的发生，也正是由于沉水植物的光合作用消耗水体中的CO2所致，进而引起pH升高。值得注意的是，即使到了凌晨，有苦草的水体中pH值仍然高于无苦草的对照组，这可能意味着CO2在水中溶解的速率较慢。
狄春华在其发表的《尚湖原水pH异常原因分析与应对》一文指出，“……在线监测数据发现：4月底尚湖pH值突然升高，6月中旬回落至8.5以下；7月上旬开始一路上升，最高达9.68（8月中旬），直至10月中旬才回落至8.5以下。”
研究认为，pH的异常与湖泊沉水植物生长旺盛、光合作用强有关。光合作用释放大量氧气，并吸收CO2，促使湖水中的碳酸平衡发生变化，导致pH升高。6月份pH回落是因为当地自6月11日入梅，梅雨期26天，与pH低谷时段相当。

写在最后
 
总体来讲，由沉水植物光合作用引起的pH升高或不稳定现象，不必大惊小怪，这种pH的变化，更像是表征水生态修复成效的一种良性指标。
事实上，在水生态考核工作中，建议不必模式化的照搬pH为6~9的标准，而应结合其他多项水质指标，用老百姓看得见、感受得到的方法，综合判定水质。
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