ميزان نقش گياهان آبزي در توليد ومصرف گازهاي مختلف

(بررسي كلي درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز)
اكثر مطالب از سايت Google گرفته شده است.
نام و نام خانوادگي: ويدا الياسي تهراني
استاد راهنما: دكتر مهدوي

منابع: فيزيولوژي گياهي/ تأليف حسن ابراهيم زاده. تهران- دانشگاه تهران، ۱۳۶۶-۱۳۷۷
فيزيولوژي گياهي (سلول، تنفس، فتوسنتز)/ تأليف رمضانعلي نادري، تهران: دانشگاه تربيت معلم ۱۳۷۵٫

چكيده:
در مطالب جمع آوري شده ميزان نقش گياهان آبزي در توليد و مصرف گازهاي مختلف و به بيان ديگر فتوسنتز در گياهان مورد بررسي قرار گرفته است. اكثر اكسيژن محلول اضافه شده با گياهان از ميليون ها جلبك سبز ميكروسكوپي ناشي مي گردد.
جلبك ها و گياهان كاملاً غوطه ور در خلال روز از طريق فتوسنتز (فرآيند شيميايي كه با آن گياهان از خورشيد انرژي بدست مي آورند) اكسيژن به آب انتقال مي دهد.

عموماً گياهان غوطه ور در حدود ۵ برابر اكسيژن بيشتر نسبت به مقداري كه مصرف مي كنند به آب مي دهند. اكسيژن محلول (Do) پارامتر كيفيت آب مهمي مي باشد. اگر سطوح Do در بدنه آب به بيش از حد پايين افتد، ماهي ها و ساير ارگانيزم ها و گياهان قادر به بقا نخواهند بود. گياهان آبزي مختلف به روش هاي مختلف بر روي سطوح Do تأثير گذارند.
Co2 Equilibrium 8
Co2 gas dissolved in water can take the from of bicar bonate or car bonate. These three forms are in chemical equilibrium which from is prese

nt in what amount dqpends on the pH.
Bicarbonate ion carbonate ion. Dissolved Co2
In the pH range favorablre to water plants , pH G. 4 7.2 /a percentage will be present as dissolved Co2 and the rest as bicarbonate ions.
From pH 8.0 to pH 8.8 there will be almost no dissolved Co2 , a large amount of bicarbonate and a small amount of carbonate.
Although they are named “water plants” most aquarium plants are really swamp plants that grow in their natural habitat with at least part of their levels above the water line. There fore, they have adapted to take up gaseous Co2 from the atmosphere in the aquarium , placed under water, they are only able to use dissolved Co2.
Several real water plants, meaning species, which are always under water in their

natural habitat, are capable of also using the bicarbonate ion if Co2 avail ability is limited. It is not however favorable to alou this to happens, firstly because many other plants in the aquarium will be unable to grow. Secondly with the use of bicarbonate ions the pH will rise to un acceptable levels for all plants.
Because of the Co2 equilibrium discussed, the maximum amount of dissolved Co2

present is dependent on the pH. The lower the pH the more Co2 present. Since plants Co2 in considerable amounts, they increase the pH at the same time. Thus the pH value and the Co2 concentration are interrelated.
Carbonate harness (kH), is yet another factor that effects the concentration of Co2 . Hard water , with a high kH can hold more Co2 than soft water. While it is essentially true that hard water, with a low pH holds the largest amount of Co2 in practice we can only use the values most suitable for plants, which are pH G.4-7 and 3-80 kH. The water plant enthusiast faces the task of maintaining both a stable pH and hardness in order to establish an optimum Co2 concentration.
photosynthesis and oxygen production 8.
Photosyn the sis is a chemical process that takes place in many forms of bacteria and virtually all plants, including aquatic plants and algae. Using just three simple ingredients carbon dioxide, water , and sunlight- plants and bacteria are able to make their own food.
For tunately for all animals, including humans and fish, oxygen is a by-product of this miraculous process. As long as photosyn the sis is occurring, oxygen is continuously being released in to the air and in to the word’s lakes, oceans, rivers, and ponds.

Early forms of algae and bacteria uere the first organisms to photosynthe size , more than three BILLLON years ago. After a while , sign ficant amounts of oxygen had accumulated in the atmosphere. scieritists estimate that it takes about 2000 years of photosynthetic activity to “turn over” or replenish all the oxygen in earth’s biosphere.
Dissolved Inorganic carbon (DIC) is fresh water occurs as four different species in equilibrium with one another. The four speices of DIC are; carbon dioxide (Co2) ,

Carbonic acid (H2Co3) , bicarbonate (Hco3-), and carbon. The total amount of DIC largely determines the determines the buffering capacity of fresh cater, and the vatio of these species with one another largely determines the pH.

Carbon dioxide dissolves, readily in water. An air equilibrium , the concentration of Co2 in air and water is approcimately equal at about 0.5 mg/L.
Unfortunately, Co2 diffuses about ten thousand times slower in water than in air. This problem is compounded by the relatively thick unstirred lager (or prandtl boundary) that surrounds aqutatic plant leares.
The unstirred layer in aquatic plants is a layer of still water through which gases and nutrients must diffuse to reach the plant leaf. If is about 0.5 mm thick, which is ten times thicker than in terrestrial plants. The result is that approximately 30 mg/L free Co2 is required to saturate photosynthesis in submerged aquatic plants.
The low diffusivity of Co2 in water, the relatively thick unstirred layer and the high. Co2 concentration needed to saturate photosynthesis have prompted one scientist plants, the naturally occurring DIC levels impose a major limitation on photosynthesis …
The DIC limitations on aquatic macrophytes and its corollary, the need to conserve carbon, are becoming increasingly apparent as important ecological features of aquatic environments (George Bowes, Inorganic carbon Uptake by Aquatic photosynthetic organisms, 1985)

Aquatic plants have adapted to Co2 limitation in several ways. They have thing often dissected leaves. This increases the surface to volume ratio and decreases the thickness of the unstirred layer. They have extensive air channels, called aerenchyma , that allow gases to move freely throughout the plants. This allows respired Co2 to be trapped inside the plant and in some species even allows Co2 from the sediment to diffuse into the lev

els finally, many species of aquatic plants are able to photosynthesize using bicarbonates as well as Co2. This is important , since at pH values betueen 6.4 and 10.4 the majority of DIC in fresh water exists in the from of bicarbonate for the aquarist, the supply of Co2 can be sugmented in two ways. Both methods work by first , the rate of water morement in the aquarium can be increases. This will decrease the thickness of the baindary layer and ensure that Co2 levels or at air equilibrium. This method is in expensive, easy to implement and will produce excellent growth of aquatic plants under most conditions.

Secondly , Co2 can be injected in to the aquarium. This method can be expensive, and if done improperly, can be lethal of fish. This latter method is only essential , however , if there is a significant daily pH fluctuation in the aquarium , or if the species of plants being cultured are completely unable to use bicarbonate (Such as cabom ba sp.)

تعادل :
گاز حل شده در آب مي تواند بصورت بي كربنات يا كربنات درآيد. اين سه شكل در تعادل شيميايي هستند كه در آن وجود داشتن شكل موجود بستگي به pH دارد.

يون كربنات يون بي كربنات حل شده در دامنه‌ي مناسب براي گياهان آبزي كه داراي pH بين ۶/۴ تا ۷/۲ هستند. درصدي به عنوان حل شده و بقيه به عنوان يون هاي بي كربنات وجود خواهند داشت.
گرچه آن ها موسوم به گياهان آبي (آبزي) هستند، اما گياهان آكواريمي واقعاً گياهان غوطه ور هستند كه در زيستگاه طبيعي خودشان طوري زندگي مي كنند كه حداقل قسمتي از سطوحشان بالاي خط آب قرار دارند. بنابراين، آن‌ها براي جذب كردن گازي از اتمسفر، خودشان را تطبيق داده اند. اگر زير آب قرار گيرند. آن ها تنها قادر به استفاده كردن از حل شده در آكواريم هستند.
چندين گياه آبي واقعي، يعني گونه هايي كه همشه در زير آب در زيستگاهشان هستند نيز قادر به استفاده كردن از يون هاي بي كربنات مي‌باشند. اگر وجود محدود باشد، شرايط مساعد نيست كه اين كار اتفاق افتد، اولاً به خاطر اينكه اكثر گياهان ديگر در آكواريوم قادر به رشد كردن نخواهند بود، ثانياً با استفاده از يون هاي بي كربنات، pH به سطوح غير قابل قبول براي تمام گياهان افزايش خواهد يافت.
به خاطر تعادل حل شده، مقدار حداكثر حل شده‌ي موجود بستگي به pH دارد. هر قدر pH پايين تر باشد به همان اندازه موجود بيشتر خواهد بود. از جايي كه گياهان را در مقادير قابل ملاحظه اي بكار مي برند، آن‌ها در عين حال pH را افزايش مي دهند. بنابراين مقدار pH و غلظت به هم مرتبط مي باشند.

كنترل كربنات نيز عامل ديگري است كه غلظت را تحت تأثير قرار مي‌دهد. آب سخت داراي kH بالا مي تواند بيشتري را نسبت به آب نرم نگاه دارد، در صورتي كه اساساً صحيح مي باشد كه آب سخت داراي pH پايين بيشترين مقدار را در محل نگه مي دارد، مي توانيم تنها از مناسب‌ترين مقادير pH و kH براي گياهان استفاده كنيم كه pH 6.44-7.2 و kH 3-80 هستند.
شخص علاقه مند به گياه آبزي با وظيفه‌ي حفظ pH و سختي پايداري براي ايجاد غلظت مطلوب، روبرو مي باشد.
فتوسنتز و توليد اكسيژن:

فتوسنتز فرآيند شيميايي است كه در اشكال زياد باكتري ها و واقعاً تمام گياهان از جمله گياهان آبزي و جلبك ها با استفاده از سه تشكيل دهنده‌ي ساده (دي اكسيد كربن، آب و نور آفتاب) انجام مي شود. كه گياهان و باكتر‌ي‌ها بدين طريق قادر به ساختن غذاي خودشان هستند.
خوشبختانه براي تمام حيوانات، از جمله انسان ها و ماهي ها اكسيژن محصول فرعي اين فرآيند معجزه آسا مي باشد، تا زماني كه فتوسنتز اتفاق مي‌افتد، اكسيژن به طور مداوم در هوا، درياچه ها و اقيانوس ها، رودها و آبگيرها رها مي گردد.
اشكال اوليه جلبك ها و باكتري ارگانيزم هاي اول براي فتوسنتز به مدت بيش از سه ميليارد سال پيش بودند. بعد از مدتي مقادير قابل توجهي اكسيژن در اتمسفر انباشته شده بودند. دانشمندان تخمين مي زنند كه در حدود ۲۰۰۰ سال فعاليت فتوسنتزي براي جايگزين كردن يا دوباره پر كردن تمام اكسيژن در زيست كوره‌ي زمين طول مي كشد.
كربن غيرآلي حل شده (DIC) در آب شيرين به عنوان چهار گونه‌ي متفاوت در تعادل با يكديگر وجود دارند. چهار گونه‌ي آن عبارتند از: دي اكسيد كربن، اسيد كربنيك، بي كربنات و كربنات.
مقدار كلي OIC عمدتاً ظرفيت تامپون سازي (buffering) آب هاي شيرين را معين مي سازد و نسبت اين گونه ها با يكديگر عمدتاً pH را معين مي نمايد.
دي اكسيد كربن به سرعت در آب حل مي شود. تعادل هوايي، غلظت در هوا و آب تقريباً برابر با حدود ۰٫۵ mg/L است.
متأسفانه در حدود ۱۰ هزار بار در آب كندتر از هوا پخش مي گردد. اين مسأله با لايه‌ي نسبتاً ضخيم «لايه‌ي مرزي» كه برگ هاي گياه آبزي را احاطه مي نمايد پيچيده تر مي گردد.
لايه‌ي مرزي در گياهان آبزي، لايه‌ي آب را كه (به هم نخورده) مي باشد كه از آن گازها و مواد غذايي بايد براي رسيدن به برگ گياه پخش شوند. ضخامتش در حدود mm 5/0 مي باشد كه ده برابر ضخيم تر است نسبت به گياهان سرزميني. نتيجه اين است كه تقريباً mg/L 30 ، آزاد براي اشباع كردن فتوسنتز در گياهان آبزي غوطه ور لازم مي باشد.

قابليت پخش پايين در آب، لايه‌ي مرزي نسبتاً ضخيم و غلظت بالاي لازم براي اشباع كردن فتوسنتز، دانشمندان را برانگيخته اند، كه بگويند: براي گياهان ماكروفيت آبزي غوطه ور در آب شيرين. سطوح OC كه به طور طبيعي اتفاق مي افتد محدوديت عمده اي را براي فتوسنتز به وجود مي آورند.
محدوديت هاي OIC بر روي ماكروفيت هاي آبزي و پيامدهاي آن ها، نياز براي حفظ كردن كربن، به طور فزاينده به عنوان خصوصيات اكولوژيكي مهم محيط هاي آبزي آشكار مي شود. (جرج ب

ود، جذب كربن غيرآلي با ارگانيز فتوسنتزي آبي، ۱۹۸۵)
گياهان آبزي از طريق چند روش به محدوديت ، خودشان را تطبيق داده‌اند. آن ها داراي برگ هاي نازك اغلب شكافت مي باشند اين نسبت سطح به حجم را افزايش مي دهد و ضخامت

لايه‌ي مرزي (لايه‌ي به هم نخورده) را كاهش مي دهد.
آن ها كانال هاي هوايي گسترده‌ي موسوم به aerenchema دارند كه به گازها امكان مي دهند كه به طور آزاد در داخل گياهان حركت نمايند. اين باعث مي گردد كه تنفس شده در داخل گياه محبوس گردد و در برخي گونه‌ها حتي به از رسوب امكان مي دهد كه به داخل سطوح پخش گردد.
نهايتاً اكثر گونه هاي گياهان آبزي قادر به انجام فتوسنتز با استفاده از بي‌كربنات ها و نيز هستند. اين امر مهم مي باشد زيرا در مقادير pH بين ۶٫۴ و ۱۰٫۴ ، اكثريت DIC در آب شيرين، به شكل بي كربنات موجود مي‌باشد.
براي گياهان آكواريمي فراهم كردن مي تواند به دو روش صورت گيرد. هر دو روش با افزايش نرخ سرعت جذب به داخل گياهان است. اول نرخ سرعت حركت آب در داخل آكواريوم مي تواند افزايش يابد. ضخامت لايه‌ي مرزي را كاهش خواهد داد و تضمين خواهد كرد كه سطوح در تعادل با هوا باشند.
اين روش براي اجرا كردن ارزان مي باشد و رشد عالي گياهان آبزي تحت اكثر شرايط را به وجود خواهد آورد.
ثانياً مي تواند به آكواريم تزريق گردد. اين روش مي تواند گران باشد و اگر بهطور نامناسب انجام شود مي تواند باعث مرگ ماهي ها باشد. استفاده از اين روش، تنها اگر نوساناتpH مضرانه‌ي مهمي در آكواريوم وجود داشته باشد يا اگر گونه هاي گياهان مورد كشت كاملاً قادر به استفاده كردن از بي‌كربنات نباشند (مثل گونه‌ي كامبومبا) ضروري است.
اكسيژن حل شده:
اكسيژن حل شده به حجم اكسيژن كه محتوي در آب است اشاره مي‌كند. اكسيژن زماني كه گياهان آبزي ريشه دارد جلبك ها دستخوش فتوسنتز مي‌شوند و زماني كه اكسيژ

ن به سطح مشترك هوا – آب انتقال مي يابد وارد آب مي گردد. مقدار اكسيژني كه مي تواند با آب نگاه داشته شود بستگي به دماي آب، شوري و فشار آب دارد. حلاليت گاز با كاهش دما افزايش مي‌يابد (آب سردتر اكسيژن بيشتري نگاه مي دارد).
حلاليت گاز با كاهش شوري افزايش مي يابد. (آب شيرين اكسيژن بيشتري نسبت به آب نمك دار نگاه مي دارد). فشار جزئي و درجه اشباع اكسيژن با ارتفاع تغيير خواهند نمود نهايتاً حلاليت گاز زماني كه فشار كاهش مي‌يابد كاهش پيدا مي كند. بنابراين، مقدار اكسيژن جذب شده در آب، زماني كه ارتفاع افزايش مي يابد به خاطر كاهش در فشار نسبي كاهش پيدا مي كند. زماني كه اكسيژن جذب مي شود در سرتاسر آب از طريق جريان هاي داخلي در بر گرفته مي شود يا از سيستم محو مي گردد آب در حال جريان محتمل تر است كه داراي سطوح اكسيژن حل شده‌ي بالا در مقايسه با آب راكد مي‌باشد. زيرا حركت آب در سطح مشترك هوا- آب مساحت سطح موجود براي جذب كردن اكسيژن را مي افزايد. در آب در حال جريان، آب غني از اكسيژن در سطح به طور مداوم با آب داراي اكسيژن كمتر، در نتيجه‌ي تلاطم، تعويض مي‌شود و پتانسيل بزرگتر براي مبادله‌ي اكسيژن در ميان سطح مشترك هوا – آب ايجاد مي گردد. از اينكه آب راكد كمتر در معرض اختلاط داخلي قرار مي گيرد، لايه‌ي بالايي آب غني از اكسيژن، مايل است كه در سطح بماند كه سطوح اكسيژن حل شده‌ي پايين تر در سرتاسر ستون آب ببار مي آيد. زماني كه دماي آب بالا مي‌رود اتلاف اكسيژن به راحتي رخ مي دهد، زماني كه گياهان و حيوانات تنفس مي كنند و زماني كه ميكروارگانيزم هاي هوازي ماده‌ي آلي را تجزيه مي كنند.
اكسيژن محلول ممكن است نقش بزرگي در بقاي حيات آبزي در درياچه‌ها و درياچه‌ي پشت سر معتدل در خلال ماه هاي تابستان به واسطه‌ي پديده‌اي موسوم به لايه بندي (تشكيل لايه ها) ايفا مي كند. لايه‌اي شدن فصلي در نتيجه‌ي چگالي بسته به دماي آب اتفاق مي افتد، زماني كه

دماي آب افزايش مي‌يابد، چگالي كاهش پيدا مي كند. بنابراين آب گرم شده از خورشيد در سطح بدنه‌ي آب باقي خواهد ماند با تشكيل epilim nion ، در حالي كه آب سردتر، چگالتر به كف فرو مي رود (هيپوليمنيون) لايه‌ي تغيير دماي شديد جدا كننده دولايه ترموكلين ناميده مي شود. در شروع تابستان، هيپوليسنيون درياچه داراي اكسيژن حل شده بيشتر خواهد بود زيرا آب سردتر اكسيژن بيشتر از آب گرمتر نگاه مي دارد. زماني كه زمان پيش مي رود، تعداد افزوده ارگانيزم‌هاي مرده از اپي ليمنيون به كف فرو مي روند و با ميكروارگانيزم ها تجزيه مي گردند. تجزيه‌ي ميكروبيل مداوم سرانجام هيپوليمنيون كم اكسيژن به بار مي آورد.

اگر درياچه داراي غلظت هاي بالاي مغذي باشد، اين فرآيند ممكن است تشديد گردد زماني كه نرخ رشد ميكروارگانيزم ها با مغذي خاصي مثل فسفر محدود نمي گردد، اكسيژن محلول در درياچه مي تواند قبل از پايان تابستان تهي شود.
ميكروب ها نقش كليدي در اتلاف اكسيژن از آب هاي سطحي ايفا مي‌كنند. ميكروب ها اكسيژن را به عنوان انرژي براي تجزيه كردن مولكول هاي آلي حلقه‌ي طويل را به محصولات نهايي ساده تر، پايدارتر مثل دي اكسيد كربن، آب، فسفات و نيترات استفاده مي نمايند. زماني كه مولكول هاي آلي با ميكروب‌ها تجزيه مي شوند. اكسيژن از سيستم برداشته مي شود و بايد با مبادله در سطح مشترك هوا-آب جايگزين شود.
هر محله‌ي فوق مصرف اكسيژن محلول را حاصل مي سازد. اگر سطوح بالاي ماده ارگانيك در آب وجود داشته باشند، ميكروب ها ممكن است از تمام اكسيژن موجود استفاده نمايند ولي اين بدين معني نيست كه حذف ميكروب‌ها از اكوسيستم اين مسأله را حل خواهد كرد. گرچه ميكروب ها مسئول كاهش سطوح اكسيژن محلول هستند، آن ها نقش خيلي مهمي را در اكوسيستم آبزي ايفا مي نمايند. اگر ماده‌اي مرده تجزيه‌ي نگردد در آن ها انباشته خواهند شد، گو اينكه برگ ها انباشته مي شوند اگر هر سال تجزيه نمي شدند.
وارد گشتن ماده‌ي آلي اضافي ممكن است تهي شدن اكسيژن از سيستم آبزي را به بار آورد. در معرض بودن طولاني به سطوح اكسيژن محلول پايين (كمتر از ۵ تا ۶ mg/L اكسيژن) ممكن است مستقيماً ارگانيزمي را نكشد ولي آسيب پذيري آن را به تنش هاي محيطي ديگر افزايش خواهد داد. در معرض بودن به كمتر از اشباع ۳۰ (كمتر از ۲ mg/L اكسيژن) براي يك تا چهار روز ممكن است اكثر حيات آبزي در سيستم را بكشد.
اگر تمام اكسيژن تهي گردد، تجزيه‌ي هوازي مصرف كننده‌ي اكسيژن متوقف مي گردد و تجزيه‌ي ارگانيك (آلي) بيشتر ديگر به طور غيرهوازي انجام مي شود. ميكروارگانيزم هاي غيرهوازي انرژي را از اكسيژن پيوند خورده به مولكول هاي ديگر مثل نيترات ها و سولفات ها به دست مي آورند. شرايط فارغ از اكسيژن تحرك اكثر تركيبات حل نشدني غير از اين ها را حاصل مي‌سازند. زماني كه تركيبات سولفاتي تجزيه مي‌شود آب ممكن است بويي مثل تخم‌مرغ‌هاي گنديده بدهد.
سطوح اكسيژن محلول پايين ممكن است در خلال شرايط گرم و راكد اتفاق افتند كه از اختلاط جلوگيري مي كنند. به علاوه، سطوح آلي طبيعي بالا اغلب موجب تهي شدن اكسيژن محلول

خواهد شد.
استانداردهاي كيفيت آب براي اكسيژن محلول:
قاعده‌ي ۶۴ استانداردهاي كيفيت آب شيگان (قسمت ۴ قانون ۴۵۱) غلظت‌هاي اكسيژن محلول حداقل را كه بايد از آب هاي سطحي ايالت برآورده شود شامل مي سازد. اين قاعده بيان مي كند كه آب هاي سطحي تعيين شده به عنوان شيلات آب سرد بايد استاندارد اكسيژن محلول حداقل mg/L7 را برآورده سازند، در حاليكه آب هاي سطحي حفا‌ظت شده براي حيات ماهي و آبزي آب گرم بايد استاندارد اكسيژن محلول حداقل mg/L 5 را برآورد نمايند.

محدوديت هاي اكسيژن محلول در مجوزهاي NPDES :
حدود اكسيژن محلول در اكثر مجوزهاي NPDES براي تضمين كردن اينكه سطوح حداقل برآورد گردند قرار داده مي شوند. اين حدود همراه با حدود براي نياز اكسيژن بيوشيميايي (BOD) و نيتروژن آمونياكي تدوين مي شود.
BOD سنجش اكسيژن لازم براي تجزيه كردن مواد آلي در ستون آب مي‌باشد. آمونياك مورد توجه مي باشد زيرا آن با باكتري ها در ستون آب به نتيرات تبديل مي شود. فرآيندي كه موجب مصرف اكسيژن مي شود، با تضمين كردن اينكه سطوح BOD و نيتروژن آمونياكي به حد كافي پايين هستند و سطوح اكسيژن محلول به حد كافي بالا مي باشند، اين حدود با هم نقش مهمي را در حفاظت آب هاي سطحي، ايفا مي نمايند.
حدود اكسيژن محلول معمولاً در مجوزها براي تخليه هايي كه داراي پتانسلي براي اعمال كردن نياز اكسيژن مي باشند قرار داده مي شوند. اين انواع تخليه ها شامل فاضلاب از كارخانجات تصفيه‌ي فاضلاب عمليات هاي فرآوري و توليد غذا و مكان هاي دفع زباله مي باشند. حدود اكسيژن محلول براي تمام مجوزها، مثل تخليه هاي آب سرمايش غيرتماسي كه سطوح اكسيژن محلول مورد انتظار هستند كه بالا باشند ضروري نيستند.
كارخانجات تصفيه مي توانند سطوح اكسيژن محلول در فاضلابشان را با هوادهي مناسب بالا نگاه دارند. اين با افزودن حباب هاي اكسيژن، يا به جريان انداختن آب بر روي صخره‌ها يا پله ها براي افزايش دادن انتقال اكسيژن در سطح مشترك هوا-آب انجام مي شود.
اطلاعات در خصوص مقدارهاي اكسيژن موجود براي ارگانيزم هاي زنده:

۱٫ چند حقيقت اساسي
A . آب سرد سنگين تر از آب گرم است و به كف درياچه ها فرو مي‌نشيند، ولي، اگر آب زياد سرد شود كه تبديل به يخ گردد، شناورخواهد شد.
B . آب سرد مي تواند اكسيژن محلول بسيار بيشتر از آنچه كه آب گرم مي‌تواند نگاه دارد.
C . اكسيژن گاز است، مولكولي از اكسيژن از دو اتم پيوند خورده (متصل به هم) ساخته مي شود. بنابراين، فرمول شيميايي است.
D . اكسيژن همچنين محلول در آب درياچه ها، بركه ها، نهرها و اقيانوس ها يافت مي گردد. در واحد Black Earth Creek مسئله‌ي مورد توجه ما عمدتاً مقدار اكسيژن محلول در آب مي باشد. اين اكسيژن محلول غالباً مثل D.O اختصار مي گردد.
۲٫ به هر حال، چگونه اكسيژن وارد آب مي شود؟
A . اكثر اكسيژن در سطح درياچه ها و نهرها وارد آب مي شود و محلول مي شود. بادها، امواج، تندآب و نواحي گرماي مسئول اكثر اكسيژن يافت شده در آب مي باشند.
B . بقيه‌ي اكسيژن از طريق محصول فرعي فتوسنتز از گياهان وارد آب مي‌شود.
C . جلبك ها و ساير گياهان در خلال ساعات روز اكسيژن به آب اضافه مي‌نماين

 

د.
۳٫ فرآيند فتوسنتز:
A . اكثر اكسيژن محلول اضافه شده با گياهان از ميليون ها جلبك سبز ميكروسكوپي ناشي مي گردد. گياهان نوع جلبك دريايي بزرگتر اصلاً بيشتر اضافه نمي كنند.
B . در صفحه‌ي بعدي تصوير نشان دهنده شرح كمي فتوسنتز است.
۴٫ چرا اكسيژن مهم مي باشد؟
A . تقريباً تمام ارگانيزم هاي زنده نياز به اكسيژن براي انجام دادن فرآيندهاي حياتي دارند.
B . ارگانيز هاي خشكي معمولاً نگران درباره‌ي مقدار اكسيژن موجود نيستند، به نظر مي رسد در اتمسفر ما اكسيژن فراوان وجود داشته باشد.
C . ارگانيزم هاي آبزي از آبشش ها و … براي گرفتن منبع اكسيژنشان از ميان اكسيژن حلول پيدا در آبي كه در آن زندگي مي كنند استفاده‌ مي‌نمايند. اين اكسيژن محلول مي تواند منبع تدارك كم باشد و اغلب عامل محدود كننده‌اي براي جمعيت هاي ارگانيزم هاي آبزي است.
گياهان دو ماده‌ي شيميايي از محليط جذب مي نمايند:
آن ها همچنين اكسيژن براي حيات حيواني براي استفاده كردن بيرون مي‌دهند.
زماني كه خورشيد مي درخشد، آن ها غذا (قند) براي خودشان مي سازند.
آب
دي اكسيد كربن
۵٫ اكسيژن محلول چگونه استفاده مي شود؟
A . باكتري هاي تجزيه كننده، تن ها اكسيژن محلول را در تجزيه‌ي گياهان و حيوانات مرده استفاده مي نمايند.
B . فاضلاب، فلزات و آلاينده هاي ديگر اكسيژن محلول را در فرآيند اكسيداسيون و تنفس استفاده مي كنند.
F . ماهي ها و ارگانيزم هاي آبزي ديگر اكسيژن محلول را در فرآيند تنفس استفاده مي نمايند.
D . حتي گياهان آبزي از اكسيژن محلول در شب استفاده مي كنند.
۶٫ عوامل فيزيكي چه تأثيراتي بر روي سطوح اكسيژن محلول دارند؟
A . درياچه ها، بركه ها معمولاً پايين ترين سطوح اكسيژن خودشان را در اوايل صبح دارا مي باشند. مقادير بيشتر در شب با گياهان و ماهي‌ها مصرف مي شوند در حاليكه هيچ مقداري توليد نمي گردد.
B . بالاترين سطح اكسيژن در آب در اوايل شب، بعد از توليد دوز كامل مي‌باشد.
C . پايين ترين سطح اكسيژن در اواخر زمستان زماني كه توليدي براي زمان طولاني وجود نداشته است اما مقدار زيادي در تنفس و تجزيه استفاده شده است مي باشد.
D . دماي آب در مقدار اكسيژن محلول در آب خيلي مهم مي باشد. هر قدر

دماي آب سردتر باشد به همان اندازه اكسيژن محلول بيشتر مي تواند در آب نگاه داشته شود.
زماني كه دماي آب افزايش مي يابد توانايي آن ها براي نگه داشتن اكسيژن محلول كاهش مي يابد. ورق موسوم به ورقه تغييرات در اكسيژن را براي ديدن اينكه چقدر اكسيژن هر سطح دما مي تواند نگه دارد بازبيني كند.
۷٫ ارگانيزم هاي آبزي چقدر اكسيژن نياز دارند؟
A . نمودار ذيل ايده آل مقاديري را كه با آن ها حيات مي تواند در بركه‌ها در سطوح اكسيژن مختلف ادامه يابد به شما ارائه مي كند. نمودار ثانوي نيازهاي اكسيژن ماه هاي خاص براي ادامه دادن به حيات را نشان مي دهد.
قرائت هاي اكسيژن محلول (برحسب ppm)
حيات خيلي كم زير ppm5
انواع بزرگي از حيات بالاي ppm5

نوع پايين‌ترين سطوح اكسيژن براي حيات انواع ماهي
ماهي جديد
ماهي جديد
ماهي جديد
ماهي جديد
ماهي ماهي‌تابه
ماهي ناآرام قزل‌آلاي درياچه‌اي
خاردار و وال آتي
ماهي خاردار بزرگ و دهاي كوچك
آفتاب ماهي، كراپي
كله گاوي ها، ماهي كپور، مكنده ها

اكسيژن محلول: سطح اكسيژن محلول خوب براي حيات آبزي مسأله‌ي حياتي مي باشد.
چرا اكسيژن محلول مهم مي باشد؟

تجزيه‌ي اكسيژن محلول مقدار اكسيژن گازي محلول در محلول آبي را اندازه گيري مي كند. اكسيژن با پخش از هواي اطراف، با هوادهي (حركت سريع) و به عنوان محصول ضايعاتي فتوسنتز وارد آب مي شود. زمان انجام تست اكسيژن محلول، تنها نمونه هاي تصادفي (درهم برهم) بايستي استفاده شوند و تجزيه بايستي فوراً انجام شود. بنابراين، اين تست ميداني است كه بايستي در محل انجام گردد.
تأثير محيطي:
اگر بيش از حد زياد باشد، غلظت هاي گاز محلول كلي در آب نبايستي از ۱۱۰% تجاوز نماييد. غلظت هاي بالاي اين سطح مي توانند نسبت به حيات آبزي مضر باشند. ماهي ها در آب داراي گازهاي محلول بيش از حد ممكن است قبلاً به بيماري حباب گازي شوند، ولي اين اتفاق خيلي نادر مي باشد حباب ها جريان خون از طريق رگ‌هاي خوني را مسدود مي سازند و موجب مرگ مي گردند. حباب هاي بيروني مي توانند همچنين اتفاق افتند و بر روي باله ها، بر روي پوست و بر روي بافت هاي ديگر ديده شوند. بي مهره داران آبزي نيز با بيماري حباب گازي تحت تأثير قرار مي گيرند. (اما در سطوح بالاتر از سطوح كشنده نسبت به ماهي ها) اگر بيش از حد كم باشد، براي كيفيت آب خوب اكسيژن محلول كافي لازم است.
اكسيژن عنصر ضروري براي تمام اشكال حيات مي باشد. فرآيندهاي تصفيه نهر طبيعي براي فراهم ساختن اشكال حيات آبزي به سطوح اكسيژن كافي احتياج دارند. زماني كه سطوح اكسيژن محلول در آب زير ppm 5 افت مي كند، حيات آبزي تحت فشار قرار مي گيرند.

هر قدر غلظت پايين تر باشد به همان مقدار تنش (فشار) بيشتر است. سطوح اكسيژني كه براي چند ساعت زير ppm 102 باقي مي ماند، مي‌تواند موجب كشتارهاي ماهي بزرگ گردند.
درك اكسيژن محلول در نهرها:
گياهان آبزي چگونه اكسيژن محلول را تحت تأثير قرار مي دهند؟
اكسيژن محلول (DO) پارامتر كيفيت آب مهمي مي باشد. اگر سطوح DO در بدنه‌ي آب به بيش از حد پايين افتد، ماهي ها و ساير ارگانيزم‌ها قادر به بقا نخواهند بود. گياهان آبزي مختلف ممكن است بر روي سطوح DO به انواع روش ها تأثير گذارند.

گياهان آبزي غوطه ور:
جلبك ها و گياهان كاملاً غوطه ور در خلال روز از طريق فتوسنتز (فرآيند شيميايي كه با آن گياهان از خوشيد انرژي به دست مي آورند) اكسيژن به آب انتقال مي دهند. در خلال شرايط روز كم (شب و روزهاي ابري)، اين گياهان از طريق تنفس اكسيژن مصرف مي كنند.
عموماً، گياهان غوطه ور در حدود ۵ برابر اكسيژن بيشتر نسبت به مقداري كه مصرف مي كنند به آب مي دهند.
كمك (مشاركت) اكسيژن گياهان آبزي غوطه ور اغلب واقعاً برابر با مصرف اكسيژن كل بدنه‌ي آب با تنفس مي گردد.
چون جلبك ها معمولاً همراه گياهان آبزي ديگر در راه هاي آبي موجود هستند. ماده‌ي زيستي كلي جلبك ها مي تواند با رشد گياهان ديگر تحت تأثير قرار گيرد اين تبعات قابل ملاحظه اي براي DO دارد. سطوح مغذي بالا رفته يا عوامل ديگر ممكن است موجب شكوفايي هاي جلبكي متعاقب با نابودي جلبكي (رگ مقياس بزرگ) گردند. BOD بالاي جلبك هاي در حال تجزيه DO راستي مي سازد.
گياهاي در حال ظهور متصل:
زماني كه گياهان در حال ظهور نسبتاً تُنُك هستند. آن ها زيستگاه براي رشد جلبك هايي كه با فتوسنتز به DO كمك مي نمايند فراهم مي‌سازند. ولي، زماني كه تراكم گياه در حال ظهور افزايش مي يابد، تأثير سايه اندازي نور را مسدود مي سازد و از فتوسنتز جلوگيري مي‌نمايد.
در آن موقع جلبك ها با ميكروب ها جايگزين مي شوند كه مصرف كنندگان خالص ا

كسيژن هستند.
بنابراين در تراكم هاي بالا، گياهان در حال ظهور مثل شبه علف، جگن وني مي توانند موجب تهي شدن DO قابل ملاحظه گردند.
گياهان در حال ظهور متصل خودشان DO به بدنه هاي آبي كمك نمي كنند چون آن ها گاز با اتمسفر مبادله مي كنند.
شبه علف و DO :
ماده‌ي زيستي بالا (زياد) و مساحت سطح شبه علف مي توانند جمعيت‌هاي كثير ميكرو

ب را كه نياز اكسيژن خيلي بالا را اعمال مي‌كنند تأمين نمايند.
شبه علف مايل است كه گياه شناور را به هم متصل كند كه از برداشت آن در خلال سيلاب ها جلوگيري مي گردد. اين تأثير گياه شناور را بر روي سطوح اكسيژن نهر طولاني مي سازد.
شبه علف همچنين رسوب در نهرها را محبوس مي سازد اگر اين سيلت غني از مغذي باشد، رشد جلبك ها، ميكروب ها و ساير گياهان ممكن است افزايش يابد.
گياهان آبزي شناور ماكروفيت ها:
سطوح DO خيلي پايين (زير اشباع ۱%) زير فرش هاي علف هاي آبزي شناور كه كاملاً بدنه هاي آب را مي پوشانند معمول هستند.
به عنوان جرم شناور، گياهان مثل سالوينيا و كاهوي آبي به طور فيزيكي انتقال اكسيژن از هوا به سطح آب را مسدود مي سازد. اين گياهان شناور آزاد مستقيماً به DO در آب كمك نمي كنند زيرا آن ها با اتمسفر، نه بدنه‌ي آب گاز مبادله مي نمايند.
گياهان شناور همچنين نور را مسدود مي سازند و فتوسنتز را با گياهان غوطه ور جلوگيري مي كنند، زماني كه مصرف اكسيژن در عمق ادامه مي يابد. تهي شدن DO به بار مي آيد.
سيستم هاي ريشه گسترده از طريق ستون آب مساحت سطح بزرگي را براي رشد ميكروب ها فراهم مي سازند كه به طور سريع اكسيژن موجود را به كار مي برند. ماده‌ي آلي بيرون ريخته شده از سيستم هاي ريشه‌ي گياهان شناور بيشتر به بارهاي BOD كمك مي‌كند.
DO پايين زير فرش هاي گياه شناور رها شدن اضافي مغذي ها از رسوبات را به بار مي آورد. سپس اين مغذي ها بر گياهان شناور مهيا مي گردند كه ماده‌ي زيستي گياه را مي افزايند و DO را بيشتر تهي مي‌كنند.
گياهان بومي و سوسن هاي آب:
گونه هاي بومي آبزي مثل سوسن هاي آبي مايل هستند كه در تراكم هاي نسبتاً بالا بدون تأثيرات نامطلوب قابل ملاحظه بر روي DO وجود داشته باشند. آن ها ظاهراً داراي تأثير منفي

مشابه بر روي سطوح DO مثل فرش هاي علف هاي شناور نمي باشند. زيرا آن ها در مسدودسازي انتقال اكسيژن از اتمسفر كمتر موثر هستند. سوسن‌هاي آبي متصل به كف هستند و تنها در عمق هاي خاص ساكن مي شوند كه اغلب آن ها را از سكني گزيني تمام بدنه هاي آب ممانعت مي كنند.
فتوسنتز: بررسي كلي
احياي گاز كربنيك و تبديل آن به مواد كربن دار به دريافت انرژي نياز دارد كه در گياهان سبز و عده اي از باكتريها با مصرف انرژي نوري تأمين مي شود. رنگيزه هاي عهده دار اين فتوسنتز

كلروفيلها هستند و از آنجاست كه واژه جذب كلروفيلي به عنوان كلمه مترادف فتوسنتز به كار مي رود. باكتريهاي ديگري انرژي لازم را از فعل و انفعال شيميايي انرژي زا به دست مي آورند: چنانكه قبلاً اين شيميوسنتز را در مورد باكتريهاي نيتريفيانت (شوره ساز) تذكر داديم (بخش ۸-۱ ،ب ) كه وينوگرادسكي در مورد آنها شيميوسنتز را كشف كرد؛ و اهميت آن را در چرخة كربن خواهيم ديد ولي بيش از آن به مطالعه اين قسمت نخواهيم پرداخت. غيراز چند اشاره به فتوسنتز باكتريايي، بحث را به گفتگو دربارة گياهان به معناي اخص، يعني كورموفيتها (= گياهان عالي) و جلبكها محدود مي كنيم.
اختصاصات
الف) تاريخچه
اگرچه پديدة اساسي فتوسنتز جذب است، ولي ابتدا تصاعد اكسيژن كه همزمان با جذب صورت مي گيرد كشف شد. پريستلي در انگلستان (به سال ۱۷۷۱-۱۷۷۳) نشان داد كه اگر گياهي در زير سرپوشي قرار داده شود، برخلاف يك جانور، مي تواند بدون تجديد هواي زير سرپوش ماهها به زندگي ادامه دهد، همچنين گياه مي‌تواند هوايي را كه با سوختن شمعي آلوده شده تصفيه كند و به موشي كه در زير همان سرپوش واجد گياه قرا داده شده امكان ادامه زندگي دهد به طوري كه موش خفه نشود. ولي پريستلي اهميت نور را در اين پديده درك نكرد.
اينگن هوس فيزيكدان هلندي (به سال ۱۷۷۹)، نشان داد كه خروج هواي تصفيه شده (يعني اكسيژن) فقط به وسيلة اندامهاي سبز و در نور حاصل مي شود؛ بالاخره، سنه بيه (به سال ۱۷۸۲-۱۷۸۳) نشان داد كه گاز كربنيك (كه به آن «هواي بيحركت» مي گفتند) همزمان با تصاعد اكسيژن جذب مي شود.
سالها بعد، به سال ۱۸۴۵ ، و پس از اينكه پديده فوق به وسيله پژوهندگان مختلف مشخص شد، مير فيزيكدان تأييد كرد كه نور به عنوان منبع انرژي وارد عمل مي شود. سرانجام ساكس ، به سال ۱۸۶۴ ، نشان داد كه كلروپلاستها در روشنايي، دانه هاي نشاسته مي‌سازند. در اين صورت معادله كلي فتوسنتز به شكل مشخص زير درآمد:
گلوسيدها انرژي نوري +
معادله اي كه مي توان آن را دقيقاً چنين نوشت:
(۱)

ب) تبادلات گازي
تبادلات گازي را كه در فتوسنتز صورت مي گيرند مي توان بسهولت نشان داد. مثلاً مي توان از گياهان آبزي مانند الودئا و يا هزاربرگ، كه ساقة آنها به علت وجود حفره هاي بزرگ هوايي توخالي است، استفاده كرد. شاخه‌هاي گياه را در آب واجد گاز كربنيك گذاشته آنها را در معرض نور قرار مي دهند (شكل )؛ اكسيژن متصاعد شده، كه نسبت به بمراتب كمتر قابل حل است، به وسيله فضاهاي خالي به مقطع رفته به خارج متصاعد مي شود. مي توان گاز را در استوانه اي جمع آوري كرد و نشان داد كه اين گاز كبريت نيمه افروخته را دوباره شعله ور مي سازد.