林文輝老師詳談池塘里的那些事兒

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　　池塘里的那些事兒（20）

　　
　　pH的管理（9）
　　
　　pH的控制
　　
　　pH調(diào)節(jié)是對水質(zhì)屬性本身的調(diào)節(jié)。而pH的控制是對給定pH原點水體pH的晝夜變化幅度和走向（偏離原點）進行干預。
　　
　　引起池塘水體pH變化的原因是水體中生物活動（呼吸作用和光合作用）導致溶解的無機碳（DIC，包括游離二氧化碳、碳酸氫根和碳酸根）濃度變化所造成的。
　　
　　池塘中生物的呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳不是只以游離二氧化碳的形式存在，而是水合后按比例轉(zhuǎn)化成各種無機碳：
　　
　　CO2 + H2O—>H2CO3—>H + HCO3—>2H + CO3
　　
　　也就是說，呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳不只是停留在游離二氧化碳狀態(tài)，而是表現(xiàn)為DIC的增加。
　　
　　同樣，光合作用也不是只利用水體中的游離二氧化碳，當光合作用造成水體中游離二氧化碳濃度降低時，碳酸氫根水解產(chǎn)生游離二氧化碳來補充：
　　
　　2HCO3—>CO2 + CO3 + H2O
　　
　　也就是說，光合作用不只是引起游離二氧化碳濃度降低，而是表現(xiàn)為DIC的減少。
　　
　　要了解pH二十四小時變化這一過程，必須了解溶解的無機碳（DIC）和總堿度（TA）以及pH（即氫離子濃度H）之間的關系。
　　
　　［DIC］是溶解的無機碳的總和，即
　　
　�。跠IC］=［CO2+H2CO3］+［HCO3］+［CO3］
　　
　　用碳酸氫根表示：
　　
　�。跠IC］=［HCO3］（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）/（［H］k1）
　　
　　則有
　　
　�。跦CO3］=［DIC］［H］k1/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（14）
　　
　　用碳酸根表示：
　　
　�。跠IC］=［CO3］（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）/（k1k2）
　　
　　則有
　　
　　［CO3］=［DIC］k1k2/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）……（15）
　　
　　將方程（14）和（15）代入
　　
　�。跿A］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］
　　
　　即可得總堿度與溶解無機碳和氫離子（即pH）之間的關系：
　　
　�。跿A］=［DIC］（［H］k1 + 2k1k2）/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）+ kW/［H］- ［H］……（16）
　　
　　池塘的生物呼吸可以看成是24小時連續(xù)進行的，而光合作用則是隨著白天太陽輻射增加而增加。當呼吸作用大于光合作用時（夜間），DIC增加，當光合作用大于呼吸作用時（白天）DIC減少。
　　
　　如果能通過飼料或動保產(chǎn)品投入量以及光合作用效率了解池塘24中DIC的最大值和最小值，就可以通過方程（16）計算出pH的最低值和最高值，即pH的變化幅度。

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　　池塘里的那些事兒（21）

　　
　　pH的管理（10）
　　
　　pH的控制
　　
　　鈣的緩沖作用。
　　
　　碳酸鈣的溶解度很小，因此，在適應于水產(chǎn)養(yǎng)殖的pH范圍內(nèi)，八大離子中只有碳酸鈣會隨著pH的變化而發(fā)生沉淀與溶解。
　　
　　Ca（HCO3）2 <—> CO2 + H2O + CaCO3
　　
　　當［Ca］［CO3］> kSPCaCO3時，碳酸鈣發(fā)生沉淀。一摩爾碳酸鈣的沉淀導致導致一摩爾鈣離子和兩摩爾堿度的流失。
　　
　　因此，池塘中隨著DIC的減少（光合作用），pH的變化有兩種模式：第一種是DIC的減少無碳酸鈣沉淀，總堿度、總硬度不變；第二種是DIC的減少伴隨著碳酸鈣沉淀，總堿度、總硬度同時等量降低。
　　
　　前者pH變化比較激烈，后者pH變化比較溫和，這就是碳酸鈣的緩沖作用。
　　
　　假設池塘每分鐘每平方米的光合作用對二氧化碳的消耗是x摩爾，每立方米水體呼吸所產(chǎn)生的二氧化碳是y摩爾，池塘的深度是d米。
　　
　　則水體中DIC的凈變化速度（n，摩爾/升）為：
　　
　　n = y - x/d ……（17）
　　
　　當n>0時，呼吸作用大于光合作用，DIC上升；當n<0時，光合作用大于呼吸作用，DIC減少。
　　
　　假設水體中［Ca］［CO3］= Q（稱為離子積），當Q<=kSPCaCO3時，沒有碳酸鈣沉淀，當Q>kSPCaCO3時，發(fā)生碳酸鈣沉淀，且DIC每減少 n摩爾/升，伴隨著 m 摩爾/升的碳酸鈣沉淀。因此，方程（16）可描述為：
　　
　�。跿A］- 2m =（［DIC］+ n - m）（［H］k1 + 2k1k2）/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）+ kW/［H］- ［H］……（18）
　　
　　當Q<=kSPCaCO3時，m=0（回歸方程16）；當Q>kRPCaCO3時，m>0。
　　
　　m與n的關系：
　　
　　kSPCaCO3 = （［Ca］- m）（［DIC］+ n - m）k1k2/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（19）
　　
　　對于光合作用相同的池塘水體，DIC含量越高，pH變化越��；同樣，從方程（17）可以看出，光合作用相同的情況下，水越深，pH變化也越小。
　　
　　因此，可以通過提高堿度（即提高DIC濃度）和鈣離子濃度，或加大水深來達到即有效地提高光合作用效率，又將pH的變化幅度控制在理想范圍內(nèi)。

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　　池塘里的那些事兒（22）

　　
　　pH的管理（11）
　　
　　養(yǎng)殖前期培水期間pH持續(xù)上升以至于不適合于放苗的情況是很常見的。但這種現(xiàn)象的背后，有多種原因。最常見的是藻類生長過快引起的；第二種是堿度不足引起的；第三種是水體太淺引起的；第四種水源屬性引起的；第五種是池塘土壤引起的。
　　
　　第一種情況。
　　
　　大多數(shù)池塘養(yǎng)殖回水后培水前都會進行消毒處理，此時水中微生物大部分被殺滅，活性很低。培水的肥料中主要成分是藻類的營養(yǎng)素，因此，藻類長得快而微生物長得慢，二氧化碳的消耗遠大于二氧化碳的補充，所以pH不斷升高。
　　
　　一般情況下，培水前期pH上升的幅度大的情況發(fā)生概率地膜池和水泥池要比土池嚴重得多。這是由于池塘土壤干燥期間土壤間隙中含有氧氣，回水后土壤中好氧細菌分解土壤有機物，產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳分解土壤中的碳酸鈣，形成堿度擴散到水中，因此具有一定的緩沖作用。
　　
　　對于地膜池和水泥池，早期培水要適當增加有機物質(zhì)含量，以維持一定的微生物呼吸作用，或適當控制氮或磷，使藻類光合作用產(chǎn)物不能全部用于生長繁殖，迫使藻類將部分光合作用的產(chǎn)物以分泌物的形式釋放到水環(huán)境中，促進水體中的微生物生長。
　　
　　養(yǎng)殖戶不要追求“快速培藻”的肥料，培藻速度越快，不僅pH向上漂移（持續(xù)升高）的問題就會越嚴重，也容易倒藻和產(chǎn)生藻毒素。理智的選擇應該是緩釋肥料，使藻類略為緩慢，但穩(wěn)定生長，同時使原生動物和浮游動物能同時跟上，才能建立穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。
　　
　　第二種情況。
　　
　　堿度偏低的水體（D區(qū)），水體缺乏碳酸緩沖能力。這種水體藻類生長并不快，與第一種情況相比，藻類密度要低得多。
　　
　　這種池塘肥水前需要調(diào)節(jié)堿度，提高水體得的緩沖能力。如果已經(jīng)放苗，此時如果要使用石灰處理，必須在凌晨和早上。另外，由于藻類生長不是很快，水體中可能還有氨氮，因此石灰一次的用量不能太高。
　　
　　第三種情況。
　　
　　有一種觀點認為，前期水淺有利于水溫的回升，因而可以提高對蝦的生長速度。但是，也應該明白，水淺不僅pH變化大，晝夜溫差也大，溶解氧也可能嚴重過飽和而導致氣泡病。也就是說，對于抵抗環(huán)境變化能力還比較差的幼苗來說，水太淺死得也快。
　　
　　兩害相權(quán)取其輕。水的深度首先必須考慮蝦苗的生存，其次再考慮生長。如果連成活都成問題，考慮生長速度就沒有任何意義。
　　
　　第四種情況。
　　
　　有些池塘是用地下水灌注的，這種地下水的屬性本身的pH比較高，但由于受到有機物質(zhì)的污染而含有大量的二氧化碳，導致二氧化碳過飽和（［CO2］>>pCO2k0）。剛抽上來的井水pH并不高，但當這些井水的二氧化碳擴散到與大氣平衡之后，pH就會上升。
　　
　　這種上升幅度可能超過 1 個pH單位。如果剛抽上來的水體pH偏“低”，養(yǎng)殖戶再使用石灰處理，有可能“雪上加霜”。
　　
　　第五種情況。
　　
　　有些池塘底部土壤是鹽堿土壤，經(jīng)過幾年養(yǎng)殖漂洗，pH已經(jīng)正常。當池塘在干塘修復，重新推塘時挖得太深，把表面已經(jīng)漂洗的土壤挖掉，造成鹽堿土壤裸露。當池塘回水后，土壤中鈉的交換導致水體pH上升。
　　
　　這種交換也導致水體中鈣離子被大量消耗，有可能導致水體嚴重缺鈣。
　　
　　一種現(xiàn)象，往往有多種原因。因此，要正確診斷，搞清楚問題所在，才能有效預防與處理。

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　　池塘里的那些事兒（23）

　　
　　pH的管理（12）
　　
　　經(jīng)常碰到一種現(xiàn)象，計算出來的pH原點只有不到8.3，白天水體的pH可高達10以上，溶解氧甚至超過24mg/l，雖然藻類比較濃，但夜間呼吸量并不大，早晨的溶解氧還保持幾乎200%過飽和，pH也還在9以上。
　　
　　按傳統(tǒng)說法，藻類白天光合作用產(chǎn)氧，夜間呼吸作用耗氧。藻類濃會造成清晨溶解氧不足。如果溶解氧被消耗，必然產(chǎn)生相應的二氧化碳，pH應該降到原點以下。
　　
　　很明顯，高pH的情況下，呼吸受到抑制（堿中毒）！
　　
　　按道理，不同生物堿中毒的條件是不同的。按照研究鹽堿地的華東水產(chǎn)研究所有關研究人員的說法，引起堿中毒的條件不是總堿度的高低，而是［CO3］/［HCO3］的比值。
　　
　　根據(jù)他們的研究，［CO3］/［HCO3］> 0.5 就會引起堿中毒。根據(jù)碳酸氫根離解方程：
　　
　　k2 =［CO3］［H］/［HCO3］，有：
　　
　�。跜O3］/［HCO3］= k2/［H］> 0.5
　　
　　即［H］< 2k2 或pH >（pk2 - 0.301）即可引起堿中毒。
　　
　　上網(wǎng)查查有關堿中毒的相關知識。經(jīng)�？梢钥吹健兜脱�鉀合并堿中毒》這樣的話題：
　　
　　《低血鉀合并堿中毒的機理有：
　　
　　1、血清K下降時，腎小管上皮細胞排K相應減少而排H增加，氫-鈉交換增加，因而換回Na、HCO3增加，從而引起堿中毒。此時的代謝性堿中毒，不像一般堿中毒時排堿性尿，它卻排酸性尿，稱為反常酸性尿。
　　
　　2、血清鉀下降時，由于離子交換，K移至細胞外以補充細胞外液的K，而H則進入細胞內(nèi)，使細胞外HCO3增加，導致代謝性堿中毒。》（摘自網(wǎng)絡）
　　
　　很明顯，無論堿度高低，高pH就會引起堿中毒。當然，高堿度，往往伴隨著高pH，所以高堿度更容易引起堿中毒。另外，低鉀也會引起堿中毒。如果高堿度、高pH又伴隨著低鉀，無異于雪上加霜。
　　
　　因此，在現(xiàn)實的生產(chǎn)中，一方面，必須采取措施將pH降低到（pk2 - 0.301）以下才能解除水體的呼吸抑制，否則想通過補充碳源促進微生物呼吸降低pH是徒勞的。另一方面，一般高堿度、高pH的水體大多數(shù)都是碳酸氫鈉型，鈉離子濃度偏高，容易引起鈉/鉀比例失調(diào)。根據(jù)上述說法，補鉀應該可以緩解養(yǎng)殖動物甚至微生物的堿中毒。

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　　池塘里的那些事兒（24）

　　
　　pH的管理（13）
　　
　　養(yǎng)殖周期內(nèi)日均pH的一般變化規(guī)律。
　　
　　池塘pH除了晝夜周期性變化外，從回水的那一天開始，整個養(yǎng)殖周期中，日平均pH也有一個大的周期性變化。要了解這個大的周期性變化，必須了解池塘二氧化碳的消長規(guī)律。
　　
　　池塘中產(chǎn)生的二氧化碳主要來自：外源飼料輸入量（養(yǎng)殖動物和微生物）以及內(nèi)源浮游生物對藻類的消費量和藻類光合作用產(chǎn)物的分泌量（胞外分泌物）。二氧化碳的消費幾乎完全是光合作用。
　　
　　在整個養(yǎng)殖過程中，除前期的培藻期間外，光合作用可以認為是相對穩(wěn)定的，而飼料的投入量是持續(xù)增加的。因此，池塘pH的變化也呈現(xiàn)先升后降的趨勢。
　　
　　池塘回水后，由于消毒殺菌，微生物、原生動物很少，而施肥后在藻類大量繁殖起來之前，水體的pH接近其原點。
　　
　　隨著施肥后藻類生長很快，新生長的藻類95%以上的光合作用產(chǎn)物都用于自我繁殖，因此，二氧化碳的消費遠遠大于二氧化碳的產(chǎn)生，水體中二氧化碳嚴重缺乏，由于空氣中的二氧化碳濃度很低，靠空氣擴散難以平衡水體的缺失的二氧化碳，因此，這一階段pH快速上升，晝夜變化曲線向原點上方漂移。
　　
　　當水體中原生動物、浮游動物開始繁殖起來，部分藻類被消費，pH上升速度開始減慢。
　　
　　當放入種苗、控水魚類（如花白鰱）浮游動物被控制，藻類和濾食生物之間相對平衡，加上藻類經(jīng)過一段時間的生長繁殖，水體營養(yǎng)素水平有所降低，藻類胞外分泌物有所增加，微生物密度相應增加，pH不再升高，這段期間是整個池塘水體pH最高的階段。
　　
　　隨著養(yǎng)殖動物的生長，飼料投入量持續(xù)增加，水體中二氧化碳的產(chǎn)量也持續(xù)增加，因而pH緩慢回落。
　　
　　在夏末初秋期間，飼料投入量最大，pH也最低。
　　
　　隨著晚秋的到來，水溫降低，飼料投入量減少，但晚秋晴朗的光照強烈，pH再度回升。
　　
　　也就是說，整個養(yǎng)殖周期內(nèi)（指一年中整個可養(yǎng)殖周期）pH變化是先快升，緩升，最高，緩降，最低，再回升。這是pH變化的一般規(guī)律。
　　
　　這期間的pH波動，可以認為是天氣、藻類活性以及藻類密度、浮游動物密度、藻類胞外分泌物的波動引起的。
　　
　　就對蝦養(yǎng)殖而言，前期pH的快速升高，也可能是EMS的原因之一。

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　　池塘里的那些事兒（25）

　　
　　pH的管理（14）
　　
　　pH原點。
　　
　　pH原點是指水體中二氧化碳濃度與大氣平衡時的pH值。是水體的自然屬性之一，它代表著水體中陽離子和陰離子當量的平衡度。了解pH原點才能對池塘pH變化是否正常做出判斷。
　　
　　例如，早上池塘水體的pH應該低于原點，說明池塘中的生物呼吸作用能補償前一天藻類光合作用所消耗的二氧化碳。否則表明池塘微生物活性不足或微生物活性降低。下午池塘水體的pH應該高于原點，說明藻類活性正常，否則表明藻類老化，光合作用能力降低。
　　
　　日常管理中，如果pH的晝夜變化圍繞著原點波動，即日均pH位于pH原點，說明藻菌處于平衡狀態(tài)；如果日均pH向原點上方移動，說明微生物活性降低，此時應該考慮提高微生物活性；如果日均pH向原點下方移動，說明藻類在老化，此時應該調(diào)節(jié)藻類活性。
　　
　　也就是說，只有了解池塘的pH原點，才能根據(jù)早上和下午的實際檢測的pH做出判斷，并采取相應的處理措施。
　　
　　所以，pH的管理有兩個方面，pH原點的調(diào)節(jié)和pH走向和幅度的控制。
　　
　　原點的調(diào)節(jié)是通過離子的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，前面已經(jīng)說過（水的屬性調(diào)節(jié)本身包括了pH原點的調(diào)節(jié)）。原點偏低可通過補充陽離子來提高（根據(jù)水體的離子平衡補充鈣或鎂或鉀或鈉）；原點偏高可通過補充陰離子來降低，但只能補充硫酸根或鹽酸根，不能補充碳酸根或碳酸氫根，因為碳酸根和碳酸氫根是與大氣平衡的，不可能單獨提高。
　　
　　pH的晝夜變化幅度。
　　
　　引起池塘pH變化的根源是二氧化碳的消長，當水體中二氧化碳濃度增加時候，pH降低，當二氧化碳濃度減少時，pH上升。
　　
　　pH早晚變化小有三種情況：1、水中很少或沒有生物，既不產(chǎn)生二氧化碳，也不消耗二氧化碳；2、呼吸作用所產(chǎn)生的二氧化碳等于光合作用所消耗的二氧化碳（多云的天氣會出現(xiàn)這種狀況）；3、死水——藻類和微生物都沒有活性。
　　
　　對于池塘養(yǎng)殖而言，第一種情況是瘦水，需要培水；第二種情況是健康狀態(tài)；第三種情況是池塘生態(tài)系統(tǒng)崩潰！
　　
　　pH晝夜變化幅度大有兩個原因：1、堿度偏低（在光合作用產(chǎn)量相同的情況下，堿度越高，pH變化越�。�；2、水深太淺（水的深度直接與pH變化幅度成反比）。因此，控制pH的晝夜變化幅度可通過提高堿度和加大水深來實現(xiàn)。

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　　池塘里的那些事兒（26）

　　
　　pH的管理（15）
　　
　　日均pH。
　　
　　如果系統(tǒng)穩(wěn)定，菌藻平衡，日均pH會是一條平滑的曲線。如果日均pH出現(xiàn)波動，說明系統(tǒng)的平衡出現(xiàn)了問題。
　　
　　對于池塘養(yǎng)殖而言，如果池塘每天產(chǎn)生的污染量（飼料中沒有轉(zhuǎn)化為動物肌體的部分）在池塘凈化能力的范圍內(nèi)，每天產(chǎn)生的藻類的生物量，都能由濾食生物鏈（原生動物、浮游動物、濾食性魚類）所消費，日均pH也會相對穩(wěn)定。
　　
　　但是，隨著飼料投入量的增加，每天產(chǎn)生氨氮的總量也在增加，當每天產(chǎn)生的污染量大于池塘的自凈能力、或由于天氣原因引起池塘自凈能力降低時，水體中的生態(tài)平衡可能被打破，藻菌平衡就會失調(diào)。
　　
　　其次，藻類在生長過程中持續(xù)不斷吸收水體中的微量元素，這些微量元素被藻類同化后，隨著食物鏈最終以有機碎屑和動物糞便的成分沉淀到池塘底部，導致水體中微量元素缺乏，進而導致藻類種群發(fā)生變化。
　　
　　開始時，水體中的微量元素比較豐富，藻類種群結(jié)構(gòu)的多樣性也高。隨著微量元素的減少，物競天擇的結(jié)果導致水體中的藻類種群結(jié)構(gòu)趨于單一化。
　　
　　優(yōu)勢藻類的單一化加速微量元素的消耗，藻類的繁殖速度降低，意味著光合作用產(chǎn)物沒有完全用于生長，多余的光合作用產(chǎn)物被藻類作為胞外分泌物分泌到水體中。據(jù)有關研究報道，藻類胞外分泌物占光合作用產(chǎn)物的不足5%（初生藻類）到超過95%（老化藻類）。
　　
　　藻類胞外分泌物的增加給微生物帶來新的營養(yǎng)素，促進微生物密度的增加，微生物的增加反過來競爭微量元素，又導致藻類胞外分泌物的增加！微生物密度進一步增加。
　　
　　這個過程將導致日均pH明顯的降低。
　　
　　接下來就是倒藻！倒藻釋放硝酸還原酶，如果池塘中存在著硝酸，會在一夜之間產(chǎn)生大量的亞硝酸！
　　
　　從藻類胞外分泌物增加，微生物密度增加，日均pH劇降，到倒藻，亞硝酸升高的過程中，日均pH降低是一個重要警示指標。
　　
　　如果在發(fā)現(xiàn)日均pH降低，微生物密度增加的初期，通過攪動池塘底部，釋放微量元素，恢復藻類活性，就可以避免池塘生態(tài)系統(tǒng)惡化——倒藻和亞硝酸。

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　　池塘里的那些事兒（27）

　　pH的管理（16）
　　
　　日均pH異常。
　　
　　持續(xù)陰天會導致日均pH降低。這是光合作用下降，二氧化碳消耗減少引起的。
　　
　　消毒殺菌、殺蟲會導致日均pH上升。這是微生物、浮游動物呼吸減少，二氧化碳產(chǎn)量下降引起的。
　　
　　反過來，殺藻導致日均pH陡然降低。這是由于光合作用降低的同時，死亡的藻類釋放更多的有機物質(zhì)，促進了微生物的生長，二氧化碳消耗降低而產(chǎn)生增加。
　　
　　晴天降溫會導致日均pH上升。這是溫度降低，微生物活性下降引起的；相反，水溫回升，微生物活性提高，日均pH會有所下降。
　　
　　雨后持續(xù)晴天日均pH會先上升后降低，這是前期藻類生長生長旺盛，后期藻類營養(yǎng)失衡，活性降低，胞外分泌物增加引起的。
　　
　　換水過后也會發(fā)生類似的情形。一方面，換水補充微量元素，藻類活性增加，胞外分泌物減少；其次，換水導致有機物含量降低、微生物密度降低，呼吸作用下降，日均pH上升。隨著換水時間的延長，日均pH逐漸回落。
　　
　　投餌過量，殘餌過多，微生物密度增加，也會導致日均pH降低。
　　
　　藻類是池塘生態(tài)系統(tǒng)能量輸入來源，是驅(qū)動整個生態(tài)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的基本動力。池塘的載魚量越高，驅(qū)動池塘生態(tài)系統(tǒng)運行的能量需求也越高。因此，只有生產(chǎn)力高的池塘才能取得高產(chǎn)。
　　
　　細菌（微生物）是池塘生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的還原者，是池塘生態(tài)系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定進行的關鍵因素。池塘中細菌的生物量取決于飼料投入量和藻類胞外分泌物的數(shù)量，對于中、低產(chǎn)池塘，藻類胞外分泌物可能提供了細菌的主要營養(yǎng)來源，或?qū)Τ靥廖⑸�物密度起著主要的作用�?/font>
　　
　　藻類和細菌的活性、密度構(gòu)成了池塘生態(tài)系統(tǒng)的兩個最為關鍵的基礎。藻類和細菌既有相生作用，如藻類為細菌提供營養(yǎng)，細菌對有機物的礦化為藻類提供營養(yǎng)素；同時，藻類和細菌又有相克作用，如藻類和細菌都需要某些微量元素，具有競爭關系。
　　
　　由于藻類和細菌是二氧化碳消長的兩個方面，在水質(zhì)參數(shù)上以pH變化的形式表現(xiàn)出來。因此，了解pH的變化規(guī)律，讀懂pH，才能對池塘生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)和演變走向洞察秋毫，及時做出判斷，科學而合理處理。讀懂了pH，自然就能對溶解氧、氨氮、亞硝酸等參數(shù)的走向做出預判。
　　
　　所以，讀懂pH，是池塘水質(zhì)管理的基礎。

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接下講講堿度和硬度

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　　池塘里的那些事兒（28）

　　
　　堿度和硬度
　　
　　對于池塘養(yǎng)殖水質(zhì)屬性來說，堿度和硬度是最最關鍵的參數(shù)。遺憾的是，很多從事水產(chǎn)養(yǎng)殖的一線人員，對堿度和硬度的概念還一頭霧水。
　　
　　堿度的定義：
　　
　　《堿度是表征水體吸收質(zhì)子的能力的參數(shù)，通常用水中所含能與強酸定量作用的物質(zhì)總量來標定�！�
　　
　　水中堿度的形成主要是由于重碳酸鹽、碳酸鹽及氫氧化物的存在，硼酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽也會產(chǎn)生一些堿度。廢水及其他復雜體系的水體中，還含有有機堿類、金屬水解性鹽類等，均為堿度組成部分。在這些情況下，堿度就成為一種水的綜合性指標，代表能被強酸滴定物質(zhì)的總和。
　　
　　堿度一般用“Alk”或“A”表示。養(yǎng)殖水體中主要堿度成份為HCO3、CO3和OH。前二者稱為碳酸鹽堿度，后者稱為羥基堿度。
　　
　　化學方程式
　　
　　各種堿度用標準酸滴定時可起下列反應：
　　
　　OH + H = H2O
　　
　　CO3 + H = HCO3
　　
　　HCO3 + H = H2O + CO2
　　
　　以上三種堿度的總和稱為總堿度（TA）。
　　
　　堿度的單位是：毫克當量/升；或毫克碳酸鈣/升。
　　
　　兩者的關系是：1 毫克當量/升 = 50毫克碳酸鈣/升。
　　
　　硬度的定義：
　　
　　《硬度最初是指水沉淀肥皂水化液的能力》。由于這種能力主要來自水中所含的鈣、鎂離子，所以，水的硬度一般指水中鈣和鎂的含量。
　　
　　早期檢測水體硬度是采用標準肥皂水去檢測，得到的是包含鈣和鎂的“總硬度”，目前國際上硬度的檢測則基本上是直接檢測鈣離子含量和鎂離子含量，可分別表示為鈣硬度和鎂硬度或兩者的總和——總硬度。
　　
　　水的硬度的表示方法有多種：
　　
　　德國度：每一度即相當于每升水中含有10毫克氧化鈣；
　　
　　法國度：每一度相當于每升水中含有10毫克碳酸鈣；
　　
　　英國度：每一度相當于每升水中含有14毫克碳酸鈣；
　　
　　1德國度=0.35663毫克當量數(shù)/升
　　
　　1法國度=0.19982毫克當量數(shù)/升
　　
　　1英國度=0.28483毫克當量數(shù)/升
　　
　　我國的法定計量單位為毫克當量/升。水產(chǎn)養(yǎng)殖常用的計量單位為毫克碳酸鈣/升。
　　
　　鈣的原子量為40，當量為2，所以，水中含鈣離子40毫克/升以硬度表示相當于2毫克當量/升，或100毫克碳酸鈣/升鈣硬度。
　　
　　鎂的原子量為24.3，當量為2，所以，水中含鎂離子24.3毫克/升以硬度表示相當于2毫克當量/升，或100毫克碳酸鈣/升鎂硬度。
　　
　　例如，某水體中分別含有20毫克鈣離子/升和15毫克鎂離子/升，則可表示為（20/40）X 2 = 1 毫克當量/升或（20/40）X 100 = 50毫克碳酸鈣/升的鈣硬度，以及（15/24.3）X 2 = 1.234毫克當量/升或（15/24.3）X 100 = 60.73毫克碳酸鈣/升的鎂硬度。則水體的總硬度為2.234毫克當量/升或110.73毫克碳酸鈣/升。
　　
　　很多時候，為了簡化書寫，硬度的計量單位則只是標示為毫克/升。所以，看資料、論文或化驗人員撰寫報告時要特別細心分清楚“鈣濃度”和“鈣硬度”。雖然單位很多時候都是用“毫克/升”表示，前者表示的是“鈣離子”，后者表示的是“碳酸鈣”。
　　
　　鈣和鎂含量有四種表示法：原子數(shù)（毫摩爾/升）、電荷數(shù)（毫克當量/升）、重量（毫克/升）以及硬度（毫克碳酸鈣/升）。
　　
　　1 毫摩爾/升鈣 = 2毫克當量/升鈣 = 40毫克/升鈣 = 100毫克/升鈣硬度。
　　
　　同樣，1毫摩爾/升鎂 = 2毫克當量/升鎂 = 24.3毫克/升鎂 = 100毫克/升鎂硬度。
　　
　　估計不少人會在這里暈倒！
　　
　　在工業(yè)上，以碳酸鈣濃度表示的硬度大致分為：
　　
　　0~75毫克/升：極軟水；
　　
　　75~150毫克/升：軟水；
　　
　　150~300毫克/升：中硬水；
　　
　　300~450毫克/升：硬水；
　　
　　450~700毫克/升：高硬水；
　　
　　700~1000毫克/升：超高硬水；
　　
　　>1000毫克/升：特硬水。

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　　池塘里的那些事兒（29）

　　
　　堿度和硬度的關系。
　　
　　在自然界的巖石和礦物中，最容易風化的是碳酸巖中的碳酸鈣（主要存在于霰石、方解石、白堊、石灰?guī)r、大理石、石灰華等巖石內(nèi)，亦為動物骨骼或外殼的主要成分）和碳酸鈣鎂（白云石）：
　　
　　雖然碳酸鈣幾乎不溶于水，但溶于酸。當雨水和地表水溶解了空氣中的二氧化碳，并水合為碳酸，碳酸就會導致碳酸鈣溶解：
　　
　　CaCO3 + H2CO3 —> Ca + 2HCO3
　　
　　以及
　　
　　CaMg（CO3）2 + 2H2CO3 —> Ca + Mg + 4HCO3
　　
　　同樣，二氧化碳的水合產(chǎn)物——碳酸，也可以風化鉀長石、鈉長石等，以及其它礦物，逐步豐富水體中的八大離子含量。
　　
　　一般情況下，普通地表水堿度和硬度相差不會太大。所以，有些報告會把堿度當硬度，或把硬度當堿度。因為它們的計量單位都用“毫克碳酸鈣/升”來表示。
　　
　　基于碳酸鹽堿度的硬度分類：
　　
　　1、碳酸鹽硬度：硬度等于碳酸鹽堿度的部分，可以認為都是碳酸鹽硬度。當加熱時，碳酸氫鈣分解，形成碳酸鈣沉淀，可以從水中除去。因此，碳酸鹽硬度也稱為暫時硬度。
　　
　　2、非碳酸鹽硬度：硬度大于碳酸鹽堿度時，水中除了碳酸鹽硬度外，還存在著硫酸鹽或鹽酸鹽硬度。這部分硬度通過加熱不能除掉。因此，非碳酸鹽硬度也稱為永久硬度。
　　
　　3、負硬度：硬度小于碳酸鹽堿度的部分，此時水體中的硬度都是碳酸鹽硬度。大于硬度的那一部分碳酸鹽堿度稱為負硬度，即碳酸鉀、碳酸鈉或碳酸氫鉀、碳酸氫鈉。
　　
　　堿度和硬度偏離的原因往往是與不良土壤或礦物接觸的后果。如與鹽堿地接觸導致堿度升高、硬度降低；而與酸性硫酸鹽土壤接觸導致硬度升高、堿度降低。

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　　池塘里的那些事兒（30）

　　
　　鈣硬度、鎂硬度與堿度的關系。
　　
　　如果我們往沒有堿度和硬度的蒸餾水里添加氧化鈣（生石灰），堿度和硬度就會等量升高，pH也會升高，水體中的離子平衡為：
　　
　�。跦 + 2［Ca］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］
　　
　　當鈣濃度和碳酸根濃度的乘積達到碳酸鈣沉淀點時：
　　
　�。跜a］［CO3］= kSPCaCO3
　　
　　水中的堿度和硬度達到最高。也就是說，對于低堿度和低硬度的水體，只用石灰來提高堿度和硬度時相當有限的。如果希望總堿度和總硬度同時進一步提高，就必須用鎂硬度替代鈣硬度。
　　
　　因此，一般情況下，在水體堿度和硬度都比較低時，鈣硬度往往高于鎂硬度。當堿度和硬度達到碳酸鈣沉淀點之后，堿度和硬度的提高主要是依靠鎂硬度。
　　
　　從水體pH的穩(wěn)定性來說，雖然鈣的作用比較強，但并不是越高越好，尤其是低鹽度的水體。因為在低鹽度的情況下，碳酸鈣濃度積很�。╧SPCaCO3 < 10^-9）。高濃度的鈣限制了堿度的提高，影響光合作用效率，從而影響池塘生產(chǎn)力。
　　
　　因此，鈣只能保持一個滿足養(yǎng)殖動物生理需要和合理的pH穩(wěn)定所必須的水平，太高反而不好。對于南美白對蝦來說，鎂：鈣的比值為3:1對生長最有利。在滿足對蝦對脫殼需要的前提下，提高鎂硬度對南美白對蝦生長有利。

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　　池塘里的那些事兒（31）

　　
　　水中元素化合物的溶解度
　　
　　當水與巖石和土壤礦物接觸時，巖石和礦物就會溶解。其溶解度取決于兩個方面：一方面取決于組成這些礦物的元素的離子半徑、原子價、極化度、化學鍵類型及其他物理—化學性質(zhì)；另一方面取決于溫度、壓力、濃度、pH、pe（Eh，即氧化還原電位）等外界條件。
　　
　　具有離子鍵型的礦物通常比共價鍵礦物更容易溶解。例如在硫酸鹽中，陽離子與陰離子硫酸根之間的化學鍵是離子鍵，這些鹽的溶解度就比由共價鍵構(gòu)成的硫化物大。
　　
　　離子鍵礦物的溶解度，隨離子半徑的增大和原子價的減少而增加：Na3PO4，Na2SO4，Na2CO3是易溶性的，而Ca（PO4）2，CaSO4，CaCO3是難溶性的。
　　
　　根據(jù)元素化合物在蒸餾水中的溶解度，可將元素的化合物劃分為下列幾類：
　　
　�。�1）極容易溶解的和極容易帶出的：溶解度可達每升幾百克或幾十克，如鉀、鈉、銫、銣的鹵化物，硫酸鹽、硼酸鹽和硅酸鹽。
　　
　�。�2）溶解的（可帶出的）：鈣、鎂、鎳、鋅、鈷、鐵、錳（均為2價）的鹵化物，硫酸鹽和重碳酸鹽類。
　　
　�。�3）難溶解的（弱帶出的）：鍶的硫酸鹽，鋇、鍶、鋅、銀的碳酸鹽和硅酸鹽。
　　
　　（4）最難溶解的（活動性小的）：鉛的碳酸鹽，鋅、鈣、二價錳的硅酸鹽和銅的碳酸鹽。
　　
　�。�5）不溶解的（穩(wěn)定的）：三價鐵、四價錳、三價鈦和三價鈷的氫氧化物。
　　
　　氯化鈣、硫酸鈣的溶解度比碳酸鈣高，因此，這兩種鹽含量高的水體不能用石灰提高堿度（或pH），必須使用溶解度更高的碳酸鹽，如碳酸鈉。
　　
　　碳酸銅是最難溶解的，因此，高堿度或高pH水體用硫酸銅殺藻銅離子的劑量比低堿度的水體要高的多。
　　
　　含亞鐵離子高的地下水只要曝氣將鐵氧化為三價鐵，加點石灰提高pH，就可以形成不溶解的氫氧化鐵沉淀而除去。

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　　池塘里的那些事兒（32）

　　
　　pe
　　
　　水最重要的屬性包括溫度（T）、鹽度（s）、氫離子活度（pH）和電子活度（pe）。前面3個指標大家都很清楚，但電子活度有些人就不大清楚。電子活度是電子濃度的負對數(shù)：
　　
　　pe = -log(e)
　　
　　大多數(shù)情況下，我們檢測水體電子供應能力是采用氧化還原電位計，一般也稱氧化還原電位，用符號Eh表示（Eh = pe×0.0592）。水體中不存在游離的電子，氧化還原反應必須同時發(fā)生，也就是說，一種物質(zhì)被氧化的同時，必須有一種物質(zhì)被還原。在氧化還原反應中，被氧化物提供電子，稱為電子供體，被還原物接受電子，稱為電子受體。
　　
　　自然界的生物，除了光能自養(yǎng)的生物外，都是靠氧化還原性物質(zhì)獲得能量的。例如，魚蝦通過氧化碳水化合物獲得能量：
　　
　　CH2O + O2 —＞ CO2+ H2O
　　
　　在上述反應中，碳水化合物是電子供體，氧是電子受體。如果我們把這個反應分為兩個半反應，則有：
　　
　　CH2O + H2O —＞ CO2+ 4e + 4H
　　
　　在氧化碳水化合物所產(chǎn)生的電子和氫離子必須有受體，好氧生物以氧（O2）做電子受體（和氫受體），構(gòu)成另一個半反應：
　　
　　4e + 4H + O2 —＞ 2 H2O（Eh°= 1.27v）
　　
　　厭氧生物同樣需要氧化還原性物質(zhì)以獲得能量，只不過它們的電子受體不是氧。池塘里常見的厭氧生物的無機電子受體主要有硝酸（NO3）、氧化鐵、氧化錳、硫酸（SO4）等。如硝酸和硫酸：
　　
　　10e + 12H + 2NO3 —＞ N2 + 6H2O（Eh°= 1.24v）
　　
　　8e + 10H + SO4 —＞ H2S + 4H2O（Eh°= 0.34v）
　　
　　池塘一旦出現(xiàn)硫化氫就會引起魚蝦死亡，所以，很多朋友盡管不大了解pe或Eh，但都很關注池塘硫化氫產(chǎn)生的條件。所以，很多人都會問這么一個問題，電位低到什么時候會產(chǎn)生硫化氫？其實，這個問題并不好回答，因為上述方程給出的是標準條件，而池塘里的條件是千變?nèi)f化的。
　　
　　根據(jù)上述方程，有
　　
　　K = [H2S] ^(1/8)/([e][H]^(5/4)[SO4]^(1/8))
　　
　　-log(e)=-log(k)+5/4log(H)+1/8log([SO4]/[H2S])
　　
　　pe = pe°- 5/4pH + 1/8log([SO4]/[H2S])
　　
　　假設對蝦池塘硫化氫濃度不能超過0.1毫克/升，海水中硫酸含量為2650毫克/升，pH為8.2，則有：
　　
　　pe = pe°- 5/4×8.2+ 1/8log((2650/96)/( 0.1/34)) = pe°- 9.7534
　　
　　Eh = pe×0.0592 = 0.34 – 0.5774 = - 0.2374(v)
　　
　　同等條件下，當pH為7.5時，Eh = - 0.1856(v)。因此，沿海酸性硫酸鹽土壤的池塘硫酸含量高而pH又低的情況下，防止硫化氫危害是很重要的。

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　　池塘里的那些事兒（33）

　　
　　水的屬性和結(jié)構(gòu)
　　
　　水是氫和氧的化學化合物。至少在氣體狀態(tài)它有分子式H2O。雖然相同的分子式也代表著液態(tài)水和冰的成分，在這兩種形態(tài)中的分子與結(jié)構(gòu)有關聯(lián)，水的這種關聯(lián)被認為是壓縮的相而不是作為分子的簡單聚合的看法是對的。因為在自然中存在三種氫和三種氧的同位素，因此，水分子有18個種類的可能。
　　
　　水的物理特性在許多方面是很獨特的，這種化合物的這些也許被認為是正常的偏離形態(tài)是非常重要的，無論是生命形式的發(fā)育和持續(xù)的存在以及地球表面的形狀和組成都與之有關。水的沸點和冰點都遠遠高于這種低分子量的預期值，以及液態(tài)水的表面張力和介電常數(shù)也比預想的更大。水結(jié)冰時，其密度減少；事實上，水在1個大氣壓力下的最大密度發(fā)生在近4°C。雖然這種行為類型在液-固轉(zhuǎn)變中不是獨特的，但水的這種行為對所有生命形式是最幸運的一個屬性。
　　
　　從H2O分子的結(jié)構(gòu)考慮，液態(tài)水的物理特性最了解。在O^2-離子和H^+離子之間形成的兩個化學鍵彼為此105°角。其結(jié)果是H+離子在分子的同一邊，它賦予水具有雙極的特性。這種雙極特性除了簡單的靜電效果外，相連的氫離子保留了與帶負電的離子和水分子之間的相互作用的能力。這種影響，稱為氫鍵，存在于水的液體和固體形態(tài)中，形成定義完善的冰的晶體結(jié)構(gòu)。液態(tài)水無序得多，但分子之間引力明顯很強烈。將分子分離所需的能量表現(xiàn)在水的高汽化熱，另一個是高表面張力。液態(tài)水具有一些聚合物的特性。
　　
　　溶解離子的存在會更改水的一些物理屬性，值得注意的是水的導電能力。然而，水分子的雙極屬性，在溶質(zhì)離子以及溶劑的行為上是一個重要因素。液態(tài)水的結(jié)構(gòu)的詳細信息仍遠遠沒有被充分理解。最近Stillinger(1980)綜述了關于水知識的現(xiàn)狀。早些時候仍然很重要的綜述是Drost-Hansen (1967)發(fā)表的純凈水以及Kay(1968)發(fā)表的含溶解離子的水。
　　
　　雙極水分子被強烈吸引在大多數(shù)礦物表面，以有序的形式排在多種形式的溶解離子周圍形成鞘，將離子上的電荷與其它帶電的離子隔開。水作為一種溶劑的效力與這種活性有關。這種粘性的液體濕潤礦物表面和滲透到小開口的能力也提高了其風化巖石的效力。

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　　池塘里的那些事兒（34）

　　
　　水域?qū)傩?/font>
　　
　　水域?qū)傩园�括水質(zhì)屬性和地理屬性。水質(zhì)屬性是水體內(nèi)部條件，而地理屬性指的是水體的外部條件。
　　
　　地理屬性主要由天氣與氣候、光照、溫度與分層、水文等因素構(gòu)成。
　　
　　天氣與氣候
　　
　　大氣條件的短期變化稱為天氣，而在一段長時間的平均天氣條件稱為氣候。從事水產(chǎn)養(yǎng)殖工作者必須了解當?shù)氐奶鞖夂蜌夂颍�特別是天氣條件如何隨著季節(jié)而變化的，并且能夠有多大的變化量。
　　
　　最為重要的變量是：氣溫、太陽輻射、云量、風速、降雨量和蒸發(fā)量。
　　
　　太陽輻射。影響太陽輻射的主要因素是大氣的透明度、日照時間和中午太陽照射到地面的角度。
　　
　　氣溫。氣溫與太陽輻射的關系很密切，太陽輻射多的地方比太陽輻射少的地方暖和，太陽輻射多的季節(jié)比太陽輻射少的季節(jié)暖和。
　　
　　風。風的速度與方向有日常性變化和季節(jié)性變化。對水產(chǎn)養(yǎng)殖來說，風是很重要的。它是天然水體流轉(zhuǎn)和運動的重要動力。
　　
　　降雨量。不同地區(qū)不同季節(jié)之間雨量變化非常大。一般來說，暖和地區(qū)多于寒冷地區(qū)，沿海多于內(nèi)陸，上升多雨而下降氣流少雨。
　　
　　蒸發(fā)作用。蒸發(fā)是水流失和濃縮的重要因素。影響蒸發(fā)量的因素是空氣的相對濕度和風速。
　　
　　水文氣候。水文氣候指的是地球表面水的補充與流失之間的關系。它影響某些類型池塘的水位、交換量以及可用水量。

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　　池塘里的那些事兒（35)

　　
　　光照
　　
　　在晴朗的日子里，太陽輻射從黎明前的 0 穩(wěn)步增加到中午，達到高峰值。水體儲存熱量，太陽輻射的周日變化并沒有引起水體溫度發(fā)生太大的變化。但是，在白天，水生植物的光合作用隨著太陽輻射增加而增加，也隨著太陽輻射的降低而減少。同樣，厚厚的云層也能減少照射到水面的太陽輻射量，并立即降低光合作用速度。
　　
　　照射到池塘水體的部分光線(太陽輻射)并沒有穿透水面，有一部分輻射被反射，反射量取決于水面的粗糙程度和輻射的角度。
　　
　　水面越光滑，輻射角度越接近垂直，穿透水面的輻射百分率越大。隨著光線穿過水體，由于水的分散和差異吸收，光譜質(zhì)量發(fā)生變化，密度也降低。在純水中，大約53％的入射光被轉(zhuǎn)化為熱并消失（熄滅）在第1米的范圍內(nèi)。而且，波長較長（紅色和橙色）和波長較短（紫外線和紫色）的光線比中等波長（藍色、綠色和黃色）的光線被吸收得更快。自然水體從來都不是純凈的，含有許多進一步干擾光線穿透的物質(zhì)。自然水體的顏色是原來入射光保留下來未被吸收的結(jié)果，水的真顏色是由溶解的和膠狀懸浮的物質(zhì)所引起的，表觀顏色是由干擾光線穿透的懸浮物質(zhì)所引起的。
　　
　　渾濁度指的是由于大小從膠質(zhì)到粗粒的懸浮顆粒物質(zhì)降低水的光傳播能力。在池塘中，渾濁度和顏色可能是由膠質(zhì)粘土、膠質(zhì)性或溶解的有機物或豐富的浮游生物所引起的。在集雨區(qū)有農(nóng)作物的池塘常常由于侵蝕所帶來的膠質(zhì)土壤而渾濁，森林地帶的池塘往往被植物材料腐爛轉(zhuǎn)化而來的腐殖質(zhì)所染色。高密度精養(yǎng)的池塘往往由于添加肥料或魚類飼料導致浮游植物繁殖而渾濁。
　　
　　一般認為在光強度低于水面光照1％的深度時，光合作用速度不能超過呼吸速度。光強在入射光照1％以上的水層稱為透光帶。池塘常常因為高密度的浮游生物而導致渾濁，所以透光帶很淺。許多魚塘透光帶往往低于1米，賽克氏板能見度乘以2就是池塘透光帶的大致深度。賽克氏板是一個直徑20厘米、對角漆成黑白相間的加重盤子，在盤子消失和再出現(xiàn)的平均深度就是賽克氏板能見度。

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樓層爬得太多也挺累人的，我就重新開了一個貼，接下來的內(nèi)容就請大家移步到：

林文輝老師詳談池塘里的那些事兒（緒）

naturehu

學習了，非常有價值，謝謝分享。

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理論學習，謝謝樓主分享。