在考虑浮游植物的光合作用与呼吸的情况下，天然水中溶解氧与碳酸物质之间存在当量关系。通过使用放射性碳14C在含有淡水浮游植物绿藻类的水中进行测定，可以确定其当量关系。
以高须贺沼和木崎湖的总碳酸、水温和pH为基础，通过计算各种碳酸物质的浓度，将其与溶解氧的垂直分布一起表示在图3.13中。从图中可以看出，在高须贺沼和木崎湖中，总二氧化碳与溶解氧的垂直变化呈相反的相关关系。除循环期外，氧随深度增加而减少，而总二氧化碳则随深度增加。与溶解氧变化最相关的是游离碳酸。在4月、5月和6月，可以观察到氧减少与游离碳酸增加之间近似的当量关系。这表明，参与浮游植物光合作用的主要是总二氧化碳中的游离碳酸，并且氧的减少可以通过游离碳酸的增加来表现。然而，从7月到10月，在靠近湖底的地方，由于有机物的嫌气氧化，导致总二氧化碳和游离碳酸大量增加。然后在10月，丰富的底层游离碳酸转移到上层，导致湖沼表面水的pH急剧降低。在这种情况下，湖沼表面附近的游离碳酸分压约为大气压的1/100，部分游离碳酸转化为二氧化碳逸出到大气中。
另一方面，考虑到氧的情况，由于湖底附近的缺氧水进入循环期并发生上下混合，整个湖沼处于氧不饱和状态，即氧逐渐溶入湖水。然而，在完全达到饱和之前，又进入成层期，因此除了4月后的光合作用旺盛季节外，整个湖沼除表面外的氧都未达到饱和。据三宅和猿桥的报告，对于充满接近中性水的湖沼，光合作用优先使用游离碳酸作为原料。
湖水的pH变化主要取决于游离碳酸与总二氧化碳的比值。在阳光强烈、光合作用旺盛的夏季，湖沼和池塘等表面出现异常高的pH值（9到10），这是由于光合作用消耗了游离碳酸。据三宅和猿桥的报告，在缺乏游离碳酸的水中，为了进行光合作用，可以使用碳酸氢根离子。
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