什么是溶解氧（DO）？

溶解氧（DO）是溶解在水中的氧氣（O2）。大氣中的氣體，例如氧氣，氮氣和二氧化碳，自然會在一定程度上溶解在水中。像鹽或糖一樣，這些氣體一旦溶解就會在水中不可見。

元素氧在自然界中以多種形式存在。盡管大多數人都知道氧氣是水分子的一部分，但聽到氧氣也是巖石中最豐富的元素，大多數人會感到驚訝。在這些形式中，氧與氫，硅或碳等其他元素結合。空氣中的分子氧（O2）與其他形式不同，因為它不與其他元素結合。在自然界中，我們呼吸的O2在化學上比我們所接觸的更豐富形式的氧氣更具反應性。這就是允許植物，動物和其他生物利用O2通過呼吸作用代謝其食物的原因。

濃度和溶解度

溶解在水中的O2的量（濃度）常以毫克每升水（mg/L）表示。此濃度稱為水的溶解氧（DO）含量。水與空氣接觸會自然溶解O2，直到達到飽和濃度。例如，在25℃的新鮮空氣中與空氣接觸的DO為8.3mg/L，前提是達到了水與空氣之間的平衡，并且沒有任何東西可以從水中去除O2。

DO濃度有時表示為飽和度％。如果水的DO處于飽和濃度，則稱其為100％飽和。例如，如果在25℃的淡水中溶解氧為5.0mg/L，則其飽和度為60％（5.0除以8.3mg/L的飽和度乘以100％）。

該飽和濃度稱為O2的溶解度，它是水可以容納的O2的量。O2的溶解度隨溫度，鹽度和壓力而變化。O2在水中的溶解度隨著溫度的降低而增加，這意味著冷水可以容納更多的O2。例如，溫度為5℃（12.8mg/L）的冷水比溫度為25℃（8.3mg/L）的溫水多約55％。

由于水的溫度隨季節而變化，因此在較冷的月份，DO含量往往較高，因為O2在冷水中的溶解度較高。在夏季，水位趨于降低，空氣溫度升高，這導致水溫升高和DO含量降低。

水的鹽度也會影響O2的溶解度，因此海水中的O2含量比淡水少20％。

溶解氧的溶解度隨溫度和鹽度而變化。

壓力也會影響O2的溶解度。一定深度處的水壓取決于其上方水柱的高度，因此壓力隨深度而增加。水在更大的壓力可容納多個O2，這意味著的O-溶解度2在更大的深度增加而增加。例如，深度為4m（13.1ft）的水比表面處的水可容納的O2大約多40％。

水的溶解氧水平可能高于O2的溶解度（飽和度大于100％）。這種情況稱為過飽和，在特殊情況下可能會發生。

水中O2的源和匯

水中O2的主要來源是大氣。氧氣分子在水表面緩慢進入水中。湍流的水，風和波浪自然有助于這一過程。因此，與快速移動的水相比，靜水往往具有較低的DO值。通過急流或瀑布自然地對水通氣，或者通過使空氣在水中起泡，轉動水車或從大壩溢出來人工通氣，大大加速了O2從空氣向水的轉移。O2也從支流和地下水排放進入水體。

水中的O2也通過光合作用產生，其中植物和藻類將溶解的二氧化碳（CO2）轉化為有機物，從而將O2釋放到水中。光合作用僅在一天中有光照的時候進行。光合作用的深度取決于水的透明度。在渾濁的水中，光線可能無法到達深湖的底部。

水生植物，動物和微生物通過呼吸消耗O2，其中用作燃料的有機物質被轉換回CO2。這與光合作用相反。許多人驚訝地發現植物會消耗O2并產生O2。實際上，植物將在晚上通過呼吸消耗O2，而在白天通過光合作用釋放O2。因此，某些水生環境中的溶解氧將在夜間降低，而在白天則升高。

微生物和真菌也會通過分解死有機質而消耗O2。通常，這會發生在水柱的更深層中，因為死物質會沉入底部。因此，較深的水層通常比淺層的DO含量低。

DO和水生生物

不同種類的水生動物有不同的溶解氧要求。以水體底部（DO含量往往較低）為食的動物通常可以忍受棲息在地表附近的動物較低的DO含量。盡管產卵和最佳生長可能需要更高的濃度，但大多數魚能夠在5mg/L或更高的DO濃度下生存和生長。

當某些物種的溶解氧水平太低時，動物可能會變得昏昏欲睡或死亡。缺氧是指DO低到足以威脅水生動物物種的狀況。缺氧會在水域造成魚和其他水生生物死亡的死區。溶解氧水平低于1-2mg/L通常被認為是低氧的，而水平低于3mg/L則令人擔憂。這些值低于大多數魚的產卵和生長要求。

在相反的極端情況下，水與O2的過飽和會導致魚類的健康問題。當O2在水中的溶解度迅速降低或通過光合作用迅速產生O2時，就會產生過飽和。例如，當水溫升高時，O2的溶解度會降低，因此水溫的迅速升高會導致過飽和。O2過飽和會導致魚類的健康狀況，稱為氣泡病。