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发表于 2012-5-31 16:47:18 |显示全部楼层

2.水的流转混合作用
      对于一般的湖泊池塘,引起水体流转混合的主要因素有两个方面,一是风力引起的涡动混合,一是因密度差引起的对流混合.

(1)风力的涡动混合
      ——水面受到风力的吹拂后,表面水会顺着风向移动,使水在下风岸处产生"堆积"现象,即造成下风岸处水位有所增高,此增高的水位就形成了使水向下运动的原动力,从而产生"风力环流".风力越大,涡动混合作用越强烈;水面开阔深度浅的水体,较易混合彻底.如果上层水的密度比下层水的密度低,风力把下层密度大的水提到上层来需要做功,上下密度差越大,水越深,风力使水混合所需做的功也越大.

(2)水的密度环流
      ——由密度引起的对流作用称为密度环流.水温在密度最大的温度以上时,温度升高会使水密度减少;温度降低则会使水密度增大,符合一般的"热胀冷缩"原理.如果水温在密度最大的温度以下,情况则反过来,水表现为"热缩冷胀".当表层水密度增大,或底层水密度减少时,都会出现"上重下轻"的状态,密度大的水要下沉,密度小的水要上升,这就形成了上下水团的对流混合.这种混合作用可以是在较小范围发生的上下对流,也可以是在较大范围发生的环流.水温在4℃以上,水面只有一部分太阳辐射升温时,也会形成密度环流.
      水库及开放性湖泊,由于注水与排水作用,会引起大范围的水体运动.这种运动受水温,水的密度,湖盆形态等因素影响.注入水因密度不同,可能进入水体表层,也可能进入中层 ,底层或取其他运动状态.注入水所进入的水层是密度与其相同的水层.

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发表于 2012-5-31 16:54:15 |显示全部楼层
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3.水体的温度分布

(1)冬季的逆分层期

我国北方地区的湖泊,水库都可封冻,表面形成冰盖,冰盖下是接近冰点的水.水温随深度增加而缓慢升高,到底层水温可以达到或小于密度最大时的温度.对于淡水,紧贴冰下的水是0℃,底层水温可等于或小于4℃.

海水(盐度35 )的冰点为-1.9℃,密度最大温度低于冰点,结冰时上下水温都达到冰点,底层水温不会比表层高.盐度超过24.9的海水都是这种状况,只是冰点有所不同.

我国海南岛及广东,广西的一些地区,冬季水温可保持在4℃以上,就不存在水温的逆分布现象.

(2)春季全同温期

春季气温回升,大地转暖,太阳辐射使冰盖融化后,将使表层水温升高.水温在密度最大的温度以下时,温度的升高会使密度增大,表面温度较高的水就会下沉,下面温度较低的水就会上升,形成密度流.密度流使上下水对流交换,直到上下水温都是密度最大时的温度为止.此后,表层水温进一步上升,密度就会减小,不会产生密度流.如果此时有风的吹拂,可克服热阻力产生涡动混合,继续使上下水层混合,把上层得到的热量带到下层,水体仍可以继续处在上下温度基本一致的状态,这时称为春季的全同温期.春季的全同温可持续到8℃,10℃,甚至15℃以上,这决定于春季的风力大小,多风天气持续的时间,水的深度和湖盆的形状等.

盐度高于24.9的水,密度最大时的温度低于冰点.融化后,表面升温不会产生密度流,春季的全同温需靠风力的混合作用来维持.

春季的对流混合作用可把上层丰富的溶氧带到下层,把下层富含营养盐的水带到上层,对湖泊的初级生产及鱼类的生长都很有利.

(3)夏季正分层期

由于太阳辐射能量的绝大部分在表层约1m的水层被吸收,并且主要加热表面20cm的水层.如无对流混合作用,水中热量往下传播很慢夏季或春季如遇连续多天的无风晴天,就会使表层水温有较大的升高,这就增加了上下水混合的阻力.风力不足够大,只能使水在上层进行涡动混合.造成上层有一水温垂直变化不大的较高温水层,下层也有一水温垂直变化不大的较低温水层,两层中间夹有一温度随深度增加而迅速降低的水层,即温跃层.

温跃层一旦形成,就象一个屏障把上下水层隔开,使风力混合作用和密度对流作用都不能进行到底.夏季上层丰富的氧气不能传输到下层,下层丰富的营养盐也不能补充给上层.久而久之,富营养化水体下层可能出现缺氧.上层缺乏营养盐,对鱼类及饵料生物的生长均不利.温跃层形成以后,较大的风力可以使温跃层向下移动,较浅水体的温跃层就可能消失.

(4)秋季的全同温期

进入秋季,气温转凉,气温低于水温,表层水温要下降,密度增大,表层以下水温较高,密度较小,此时即发生密度环流.加上风力的混合作用,使温跃层以上的水层不断降温,直至温跃层消失,出现上下温度基本相同的秋季全同温状态.如果此时水温在4℃以上,表层水的进一步降温引起的密度环流可以进行到湖底,直到上下都为4℃为止.如再降温,只能发生在上层,直到表层结冰.如有风力参与,在深秋初冬时期,全同温则可以持续到4℃以下,比如2℃或1℃.秋季全同温,水体充分流转混合,上下可进行充分物质交换,对鱼类的越冬有利.

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发表于 2012-5-31 16:57:20 |显示全部楼层
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第三章 天然水的气—液溶解作用

第一节 气—液溶解基本理论

一,气体溶解的双膜理论

——在气,液界面两侧,分别存在相对稳定的气膜和液膜;即使气相,液相呈湍流状态,这两层膜内仍保持层流状态.无论如何扰动气体或液体,都不能将这两层膜消除,只能改变膜的厚度.气体主体内的分子溶入液体主体中的过程有以下4个步骤:

(1)靠湍流从气体主体内部到达气膜;

(2)靠扩散穿过气膜到达气—液界面,并溶于液相;

(3)靠扩散穿过液膜;

(4)靠湍流离开液膜进入液相内部.

气体分子在气相主体与液相主体中迁移时,靠的是湍流,运动速度快,混合均匀,可以认为在气相主体与液相主体中都不存在浓度梯度;而在气膜和液膜内只存在层流,气体分子只能靠扩散通过.通常易溶气体主要受气膜扩散限制,难溶气体主要受液膜扩散限制.

二,气体在水中的溶解度与饱和度

1.溶解度的定义

——在一定条件下,某气体在水中的溶解达到平衡以后,一定量的水中溶解气体的量,称为该气体在所指定条件下的溶解度.

一般用100g水中溶解气体的克数来表示易溶气体的溶解度,而用1L水中溶解气体的毫克数(或毫升数)来表示难溶气体的溶解度.

溶解度单位为ml/L或mg/L.两者之间的换算系数f=Mr/22.4(mg/ml),式中Mr为气体的相对分子质量.对于氧气f=1.429mg/ml,氮气f=1.251mg/ml.

二,气体在水中的溶解度与饱和度

2.影响气体溶解度的因素

(1)气体本身的性质

气体的溶解遵循相似相溶原理——极性分子气体在水中的溶解度大,非极性气体分子在水中的溶解度小.

能与水发生化学<>反应的气体溶解度大,不能与水发生化学<>反应的气体溶解度小.例如NH3,HCL在水中的溶解度很大,而N2,H2,O2在水中的溶解度很小.

(2)温度

温度升高可使气体在水中的溶解度降低,且温度在低温条件下变化对气体的溶解度影响显著.

(3)含盐量

当温度,压力一定时,水中含盐量增加,会使气体在水中的溶解度降低.这是因为随着含盐量的增加,离子对水的电缩作用(指离子吸引极性水分子,使水分子在其周围形成紧密排布的水合层的现象)加强,使水可溶解气体的空隙减少.因此,在相同温度和分压力下,气体在海水中的溶解度比在淡水中小得多.例如氧气在大洋海水中的溶解度大约只有在淡水中的80-82%.对于淡水而言,含盐量的变化幅度很小,对气体在水中的溶解度影响不大,一般不考虑含盐量的影响,而近似地采用在纯水中的溶解度值.

(4)气体分压力

在温度与含盐量一定时,气体在水中的溶解度随气体的分压增加而增加.对于难溶气体,当气体压力不是很大时,气体溶解度与其压力成正比,这就是享利定律.用公式表示为:

C = KS × P

式中:C——气体的溶解度;

P——达到溶解平衡时某气体在液面上的压力;

KS——气体吸收系数,其数值随气体的性质,温度,水的含盐量变化而变化,也与压力(P),溶解度(C)所采用的单位有关.

对同一种气体在同一温度下有

C1/C2=P1/P2

式中:C1----压力为P1时的溶解度;

C2----压力为P2时的溶解度.

对于混合气体中某组分气体在水中的溶解度,上述各式中的P则是指该组分气体的分压力,与混合气体的总压力无关.由几种气体组成的混合气体中组分B的分压力PB等于混合气体的总压力PT乘以气体B的分压系数,这就是道尔顿分压定律:

式中: VB——组分B在压力为PT时的分体积;

——所有气体分体积之和.

道尔顿分压定律和亨利定律,只有理想气体才能严格相符.对于不与水发生化学<>反应的真实气体,如N2,O2,CH4等,只要压力不是很大都可以用道尔顿分压定律和亨利定律进行有关计算.

3.气体的饱和含量与饱和度

(1)饱和含量

——在一定的溶解条件下(温度,分压力,水的含盐量)气体达到溶解平衡以后,1L水中所该气体的量.对于难溶气体饱和含量就等于溶解度.

(2)饱和度

——溶解气体的现存量占所处条件下饱和含量的百分比,即:

气体饱和度 = (现存量/饱和含量)×100%

饱和度可以反映气体在水中溶解时所达到的饱和程度,判断气体是否达到溶解平衡及溶解趋向.

4.溶解氧饱和度的求算

溶解氧的饱和度=现场溶解氧的实测值/现场溶解氧的饱和含量x100%

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发表于 2012-5-31 16:58:31 |显示全部楼层

三,气体溶解速度的影响因素

(1)气体的不饱和程度

水中气体含量与饱和含量相差越远,气体由气相溶于液相的速度就越快.如果用C来表示气体在水中的含量,Cs表示在该温度下对应于气相分压的气体溶解度(饱和含量),用单位时间内气体含量的增加来表示气体溶解速率,则有

dc/dt ∝ (Cs – C)

(2)水的单位体积表面积

在同样的不饱和程度下,单位体积表面积越大,溶解速度越快,即dc/dt与单位体积表面积(A/V)成正比.

dc/dt ∝ (A/V)

将以上两式合并,则有

dc/dt = Kg (A/V) (Cs – C)

式中Kg称气体迁移系数,与气体的性质,温度及扰动状况有关,单位cm/min.在这些条件一定时Kg是常数.

(3)扰动状况

增加液相内部的扰动作用,把已溶有较多气体靠近界面的水移向深部,把深处含溶解气体较少的水移向界面,可加快溶解速度.增加气相内部的扰动作用,也可以加快溶解速度.气,液两相内部扰动(不增加比界面积)在上式中的体现是Kg值增大.增加比界面积和Kg值,可以加快逼近饱和值.

扰动对加速气体向水中溶解有重要的意义.有人利用氧气的扩散性质做过一个有关的计算,当绝对没有扰动混合作用的静止的条件下,单纯靠分子扩散,在20℃,101325Pa大气压时,要将水深30.05cm处的溶氧从3mg/L升到4mg/L需要12天. 说明没有扰动,单纯靠分子扩散,氧气的溶解速度是很慢的.

Kg可以通过实验测定,但实验时要维持稳定的扰动方式,所得的数值也只能适用该种扰动方式下.Liss(1973)在离水面10cm高处风速分别为4.2和8.2m/s时,测得Kg值分别为0.05和0.02cm/min.Adeney(1928)利用使空气泡通过盛满淡水或海水的管道,测定氧气的吸收速率.发现Kg与温度t(℃)有如下关系:

Kg = 0.0096 (t + 36) (cm/min)

这一结果虽然不能用养殖池塘,但说明Kg随温度升高而增大.

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发表于 2012-5-31 17:00:46 |显示全部楼层
大哥,有没有总结过后的,如PPT呀?
专注水产,艰苦奋斗。
欢迎访问我的新浪微博虫子的悲哀Aquaculture
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发表于 2012-5-31 17:07:03 |显示全部楼层
本帖最后由 Janenac 于 2012-5-31 17:09 编辑

第二节 溶解氧

一,增氧与耗氧作用

1.增氧作用

(1)空气中氧气的溶解

若没有风力或人为地搅动,空气溶解增氧速率很慢,远不能满足池塘对氧气的需求.缺氧时可开动增氧机.中午前后开动增氧机,不能促进氧气的溶解,只能加速水中溶氧的逸出,但能改善下午光合作用的产氧效率,从而改善晚上的溶氧状况.

空气中氧气溶解的速率与水中溶氧的不饱和程度成正比,还与水面扰动状况及单位体积的表面积有关,也就与风力和水深有关.氧气在水中的不饱和程度大,水面风力大和水较浅时,空气溶解的作用就大(见下表).

自然条件下通过单位界面由空气增氧的数量(g/m2·d-1)
                                    小池                      大湖                   缓流的河川                     大的河川                 急流的河川

溶氧饱和度

100%                   0                           0                               0                                   0                            0

80%                     0.3                        1.0                            1.3                               1.9                         3.1

60%                     0.6                        1.9                            2.7                               3.8                         6.2

40%                     0.9                        2.9                            4.0                              5.8                          9.3

20%                     1.2                        3.8                            5.4                              7.6                          12.4

10%                     1.5                        4.8                            6.7                              9.6                          15.5


(2)植物光合作用

水生植物进行光合作用释放氧气,是养鱼水体氧气的重要来源.

水生植物光合作用释放氧气,是池塘中氧气的主要来源.一般河流,湖泊表层水夏季光合作用产氧速率为0.5-10g/ m2·d-1.

光合作用产氧速率与光照条件,水温,水生植物种类和数量,营养元素供应情况等因素有关.

光合作用产氧速率与光照条件,水温,水生植物种类和数量,营养元素供给状况等因素有关.气温较高的夏季产氧速率较大,冬季温度较低产氧速率要低一些.如哈尔滨地区利用生物增氧的越冬池,冬季表层水光合作用产氧速率为0.21-12.45mg/ m2·d-1,平均2.34-2.11mg/ m2·d-1,仅为夏季的11-13%.

各水层光合作用产氧速率随深度的增加而变化.

各水层光合作用产氧速率随深度的增加而变化.浮游植物在过强光照射下会产生光抑制效应,表层光合作用速率反而不如次表层大,在晴天一般有光抑制现象,次表层水溶氧量最高,阴天则表层水为最高.适当数量的浮游植物,可增加水柱产氧速率,浮游植物生物量过高,透明度降低,植物自遮作用光照不足反而使产氧速率下降.

藻类进行光合作用的最终结果是合成藻体的有机质,浮游植物的平均元素组成可用(CH2O)106(NH3)16H3PO4来表示,光合作用的各元素的计量关系可用下式来反应:

106CO2 + 16NO-3 + HPO2-4 + 122H2O = (CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2

由此式可计算出浮游植物光合作用对P,N,C的需求及释放 O2的比例

P: N: P: O2 = 1:16:106:138 (摩尔比)

或 P: N: P: O2 = 1:7.2:41:142 (质量比)

由此式可以得出:浮游植物光合作用释放1mgO2产生有机碳的量为0.289mg,这对研究水体的初级生产力有重要的意义.

(3)补水与机械作用,化学试剂

补水可以补充氧气.

鱼池在补水的同时,可增加缺氧水体氧气的含量.在工厂化流水养鱼中补水补氧是氧气的主要来源.在非流水养鱼的池塘中,补水量较小,补水对鱼池的直接增氧作用不大.只有补充水中氧气含较高,池塘水中氧气缺乏时,补水增氧才具有明显的效果.冬季,北方越冬池注入井水一般不会起到增氧作用,因为地下水中通常氧气含量低于池塘.

增氧机补氧

化学<>增氧——借助一些化学<>制剂向水中供O2,如过氧化钙CaO2,活性沸石等.

过氧化钙CaO2——该物质为白色结晶粉末,与水发生化学<>反应CaO2 + H2O = Ca(OH)2 + O2释放出氧气.据研究,千克过氧化钙可产氧气77800ml ,在20℃纯水中可连续产氧200天以上,在鱼池内施用后1-2个月内均可不断放出氧气.一般每月施用一次即可,初次每亩用6-12kg,第二次以后可以减半.水质,底有机物负荷过高时,用量取高限,反之,则取低限.过氧化钙不仅能增氧而且可增加水体的碱度和硬度,提高pH,保持水体呈微碱性,絮凝有机物及胶粒.能够起到改良水质和底质的作用.

活性沸石——某些种类的活性沸石,施用于池塘时,每千克可带入空气100000毫升,相当于21000毫升氧气,它们均以微气泡放出,增氧效果较好,活性沸石也有吸附异物改良水质,底质的功效.此外过氧化氢,高锰酸钾在水中施用都有一定的增氧效果.

通常上述氧气的来源以光合作用为主.不同研究者对不同类型鱼池氧气来源进行了估算:

国外低产鱼池:光合作用89%,空气溶解7%,补水4%.

国内高产鱼池:光合作用61%,空气溶解39%(开增氧机导致空气溶解比例增大),补水增氧可忽略.

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2.耗氧作用

(1)水呼吸——即水中微型生物耗氧,主要包括:浮游动物,浮游植物,细菌呼吸耗氧以及有机物在细菌参与下的分解耗氧.

这部分氧气的消耗与耗氧生物种类,个体大小,水温和水中机物的数量有关.据日本对养鳗池调查,在20.5-25.5℃时浮游动物耗氧的速率为721-932ml(O2)/kg·h;原生动物的耗氧速率为17×10-3-11×103ml(O2)/kg·h;浮游植物也需呼吸耗氧,只是白天其光合作用产氧量远大于本身的呼吸耗氧量.据研究,处于迅速生长的浮游植物,每天的呼吸耗氧量占其产氧量的10-20%;有机物耗氧主要决定于有机物的数量和有机物的种类(在常温下是否易于分解).

通常采用黑白瓶测定水呼吸的大小——将待测水样用虹吸法注入黑瓶及测氧瓶中,测氧瓶立即固定测定,黑瓶放入池塘取样水层,过一段时间后,取出黑瓶测定其溶氧.据前后两次测得溶氧量之差和在池塘中放的时间,就可以计算出每升水在24小时内所消耗氧气的量,此为水呼吸.可见水呼吸不仅包括浮游动物,浮游植物,细菌呼吸耗氧,有机物的分解耗氧,还包括水中的其它化学<>物质氧化对氧气的消耗量.

前苏联学者对十个湖泊水库的水呼吸组成研究指出:在水呼吸中浮游动物占5-34%,平均23.5%,浮游植物占4-32%,平均19.1%,细菌占44-73%,平均57.4%.可见细菌呼吸耗氧是水呼吸耗氧的主要组成部分.

(2)水生生物呼吸——主要是指鱼虾的呼吸.

鱼虾的呼吸好氧速率随鱼虾种类,个体大小,发育阶段,水温等因素而变化.鱼虾的耗氧量(以每尾鱼每小时消耗氧气毫克数计)随个体的增大而增加;而耗氧率(以单位时间内消耗氧气的毫克数计)随个体的增大而减小;活动性强的鱼耗氧率较大;在适宜的温度范围内,水温升高,鱼虾耗氧率增加.

(3)底泥耗氧作用

底质耗氧包括底栖生物呼吸耗氧,有机物分解耗氧,呈还原态的无机物化学<>氧化耗氧.许多研究者对不同地区,不同类型养殖水体的底质耗氧率进行测定指出:我国湖泊底质耗氧速率为0.3-1.0g(O2)/m2·d.辽宁地区夏季养鱼池塘耗氧速率为0.67-2.01,平均1.31±0.35g(O2)/m2·d,哈尔滨地区鱼类越冬池平均耗速率为0.4g(O2)/m2·d(雷衍之1992).内蒙古地区鱼池,生长期1.4,越冬期0.47g(O2)/m2·d(申玉春1998).日本养鳗池为1.1-13.2g(O2)/m2·d,美国养鱼池底质耗氧率中值为1.46g(O2)/m2·d,前苏联养鲤池为0.4-1.0g(O2)/m2·d.

(4)逸出

当表层水中氧气过饱和时,就会发生氧气的逸出.静止的条件下逸出速率是很慢的,风对水面的扰动可加速这一过程.养鱼池中午表层水溶氧经常是过饱和,会有氧气逸出,不过占的比例一般不大.

对各耗氧因素所占的比例曾有研究者进行估算,

国外池塘养鱼单产较低,池中鱼载量小,池鱼耗氧占总耗氧的5-15%,逸出占1.5%,其它占80-90%.

国内,淡水鱼池,无锡地区高产池的估算结果①池鱼耗氧占总耗氧的20%,水呼吸占71%,底质耗氧占9%(忽略了逸出损失)②池鱼耗氧占总耗氧的16.1%,水呼吸占72.9%,底质耗氧占0.6%,逸出占10.4%.③池鱼耗氧占总耗氧的15.3%,水呼吸占69.4%,底质耗氧占14.8%(忽略了逸出损失).

海水对虾池,①虾呼吸耗氧占总耗氧的25.2%,水呼吸占58.2%,底质耗氧占16.6%(臧维玲1995)②虾呼吸耗氧占总耗氧的21.8%,水呼吸占75.1%,底质耗氧占3.17%.(臧维玲1995)③虾呼吸耗氧占总耗氧的34%,水呼吸占35%,底质耗氧占30%(林斌1995).

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发表于 2012-5-31 17:11:45 |显示全部楼层
虫子的悲哀 发表于 2012-5-31 17:00
大哥,有没有总结过后的,如PPT呀?

PPT暂时还没有,不要心急,有用的话花点时间看看
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发表于 2012-5-31 17:16:31 |显示全部楼层

二,溶氧的分布变化规律

1.溶氧的日变化

(1)表层水

湖泊,水库表层水的溶氧有明显的昼夜变化.受光照日周期性的影响,白天水中植物有光合作用,晚上光合作用停止.从而导致表层水溶氧白天逐渐升高,晚上逐渐降低,如此周而复始地变化.溶氧最高值出现在下午日落前的某一时刻,最低值则出现在日出前后的某一时刻,最低值与最高值的具体时间决定于增氧因子和耗氧因子的相对关系.如果耗氧因子占优势,则早晨溶氧回升时间推迟,且溶氧最低值偏小,具体条件不同情况也不尽相同.

(2)中层和底层水

湖泊和水库的中层与底层,溶氧也有昼夜变化,但变化幅度较小,变化的趋势也有所不同.由于在一般水体中中层和底层光照较弱,产氧就少,风力的混合作用可将上层的溶氧送至中下层,从而影响溶氧的变化.

(3)日较差

溶氧日变化中,最高值与最低值之差称为昼夜变化幅度,简称为"日较差".日较差的大小可反映水体产氧与耗氧的相对强度.当产氧和耗氧都较多时日较差才较大.日较差大,说明水中浮游植物较多,浮游动物和有机物质适中,也即饵料生物较为丰富,这有利于鱼类的生长.

在溶氧最低值不影响养殖鱼类生长的前提下,养鱼池的日较差大些较好.南方渔农中流传的"鱼不浮头不长"的说法,是对早晨鱼浮头的鱼池,鱼一般生长较快现象的总结.这主要是针对以培养天然饵料养鱼来说的,如果用全价配合饲料流水养鱼或网箱养鱼,就不存在池水日较差大对鱼类生长有利的说法了.

2.溶氧的年变化

一年中,随水温变化及水中生物群落的演变,溶氧的状况也可能发生一种趋向性的变化.只是情况比较复杂,变化的趋向随条件而变.如贫营养型湖泊,水中生物较少,上层溶氧接近于溶解度,溶氧的年变化将是冬季含量高,夏季含量低.

养鱼池生物密度大,变化比较剧烈,在一段时间内(长则10-15天,短则3-5天),水中生物群落就会发生较大的变化,从而引起溶氧状况的急剧变化.如浮游植物丰富,浮游动物适中,溶氧正常的水体,在3-5天后可能转变为浮游动物多,浮游植物贫乏,溶氧过低的危险水质,这一点应加以注意.

日照时间的变化对溶氧会产生一定的影响.冰封初期,日照较长,冰层也薄,光合作用产氧量较大,大部分越冬池的溶氧变化呈上升趋势;后来日照时间越来越短,冰层也加厚,光合作用产氧量减少,大部分越冬池在此期间溶氧都降低;以后日照越来越长(尽管冰层已达最厚),溶氧又开始回升.冬季池塘溶氧的日较差较小.

3.溶氧的垂直变化

湖泊,水库,池塘溶氧的垂直分布情况比较复杂,与水温,水生生物状况,水体的形态等因素密切相关.

贫营养型湖泊溶氧主要来自于空气的溶解作用,含量主要与溶解度有关.夏季湖中形成了温跃层,上层水温高,氧气的溶解度低,含量也相应低一些.下层水温低,氧气的溶解度高,含量也相应高一些.

富营养型湖泊,营养盐丰富,有机质较多,水中生物量较大,水的透明度低,上层水光合作用产氧使溶氧丰富,下层得不到光照,无光合作用,水中原有溶氧很快被消耗,处于低氧水平.

各水层光合作用产氧速率随深度的增加而变化.浮游植物在过强光照射下会产生光抑制效应,表层光合作用速率反而不如次表层大,在晴天一般有光抑制现象,次表层水溶氧量最高,阴天则表层水为最高.

对于较浅的水体(如40-50cm深),水清见底,水中有大量底栖藻类生长,整个水体溶氧都过饱和,也会出现底层水溶氧高于表层水的情况.

4.溶氧的水平分布

由于溶氧垂直分布的不均一性,从而在风的作用下使溶氧的水平分布也表现为不均匀.一般认为水较深,浮游植物较多的鱼池,上风处水中溶氧较低,下风处水中溶氧较高,相差可能达到每升数毫克.下表为一次实测结果.

养鱼池溶氧的水平分布(水深2m)

测定位置                    上风处                                            下风处

水层                    表层             底层                       表层                 底层

               
       水温(℃)              22.8             22.8                       22.8                  22.8

pH                       8.25            8.20                        8.50                  8.35

溶氧(mg/L)         8.64             8.32                       10.56                9.20

在水中溶氧底层高于表层的情况下,会出现与上述相反的情况----溶氧上风处高于下风处.

在河流的支流汇入处,湖泊,池塘的进出水口处,浅海的淡水流入处,生活污水及工业废水污染处,甚至鱼贝类集群处,溶氧及其水质特点也会与周围有相当大的差别,水平分布呈不均匀状态.例如,有研究者发现,养珍珠贝的珠笼内溶氧较笼外低得多,特别是放养密度大,网眼较小时尤其如此.

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发表于 2012-5-31 17:18:02 |显示全部楼层

三,溶氧的生态学意义

1.对水生生物的直接影响

(1)急性影响——引起水生生物的窒息死亡

窒息点:引起生物窒息死亡的溶氧上限值称为该生物的窒息点.不同生物的窒息点可能不同,温度升高能使窒息点提高,海水鱼耐低氧能力差.

(2)慢性影响

如果水中溶氧偏低,但尚未达到窒息点,不会引起水生生物的急性反应,但会产生慢性影响,主要表现在:

影响鱼虾的摄饵量及饵料系数——长期生活在溶氧不足的水体中,摄饵量会下降;

影响鱼的发病率——长期生活在低氧条件下的水生生物,体质下降,对疾病的抵抗力降低,故发病率升高.在低氧环境下,寄生虫病也容易蔓延;

影响胚胎的正常发育——在鱼,虾孵化期,胚胎对溶氧的要求高,如氧气供应不足,易出现畸形,引起胚胎死亡;

影响水中毒物的毒性——溶氧降低,使水生生物呼吸频率增加,如果水中存有毒物,则水生生物对毒物的接触量将增大,危害也就增大.

(3)气泡病

当水中的藻类等浮游植物或青苔过多,尤其是在夏季气温高时,氧气在水中的溶解度降低,而水受阳光强烈照射后,水中植物的光合作用大大加强,产生大量的氧,水中无法溶解,于是氧形成气泡.鱼体附着气泡以及误吞气泡,使得鱼失去控制沉浮的能力,无法自由游动,在水中挣扎,消耗很大,最终死亡.在运输过程中过度送气也容易引起气泡病.

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发表于 2012-5-31 17:18:52 |显示全部楼层

2.对水质的影响

(1)对氧化还原电位的影响

天然水的氧化还原状况是由水中的氧化还原物质所决定.水的氧化与还原状态的分界不是绝对的,一般含有较丰富溶氧的水称为氧化状态水(或氧化环境).

氧化与还原状态的分界与pH有关,即随pH的升高而降低.碱性条件下Eh>0.15V即为氧化状态,而酸性条件下Eh>0.4-0.5V才为氧化状态.在弱还原环境,即酸性条件下Eh<0.4-0.5V以及在碱性条件下Eh<0.15V时,铁与锰以低价状态存在;Eh继续降低降低SO42-将被还原为H2S,Eh变为负值;在强还原条件下,将有CH4与H2生成.

(2)对元素存在价态的影响

溶氧含量丰富的水体中NO3-,Fe3+,SO42-,MnO2等是稳定的;如水中缺氧,则被相应还原为NH4+,Fe3+,S2-,Mn2+等.在缺氧条件下,有机物氧化不完全,会产生有机酸及胺类.在有氧条件下,有机物氧化则较完全,最终产物为CO2,H2O,NO-3,SO42-等无毒物质.当水体有温跃层存在时,上下水层被隔离,底层溶解氧可能很快耗尽,出现无氧环境.此时,上下水层的水质有很大差别,许多物质的存在形式及含量将有很大不同.

3.溶氧分压与鱼耗氧率的关系

水中溶氧分压与鱼类耗氧率之间的关系模式图

(1)AG线表示基础代谢耗氧情况——A点为基础耗氧率,即鱼不摄食不运动,仅为生存所必需的最低耗氧率;A'点称为窒息点;a点为窒息点的氧分压,也称临界点氧分压.我国主要养殖的四大家鱼和中国对虾的窒息点在0.5-1mg(O2)/L.在水中的分压大于该值时,鱼的基础耗氧率与氧分压无关.

(2)当水中氧分压小于窒息点a时——鱼的耗氧率沿AD线下降,一定时间后鱼即死亡.溶氧分压在o—a区间称为窒息区;当氧分压大于a时,鱼可正常生存,故叫生存区.

(3)当水中氧分压小于d时——鱼无法耗氧,迅速死亡,称即死区,D为即死点.

(4)当氧分压大于m时——当水中的氧分压从a点起不断增大,则鱼的耗氧速率沿AM线升高,活动能力随之加强.M点称为上线点,为最大活动耗氧率.M'点则为最大溶氧分压.水中氧分压大于m值时,溶氧不成为限制呼吸耗氧率的因素,鱼类可完全自由的活动,称为自由区或独立区;相反如水中氧分压介于m和d之间,鱼的呼吸耗氧率随氧分压的升高而加快,在同样时间内释放的代谢能也较多,这一区域称为依存区.大体上,AM线段中的C点相当于中等运动量,B点为相对安静的状态.当水中氧分压等于b时,鱼类便不能有任何多余活动了.显然水中溶氧分压在a和m之间是溶氧不足区

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发表于 2012-5-31 17:19:33 |显示全部楼层

四,养殖生产中溶氧的管理

1.加强增氧作用

(1)生物增氧

保证水中有充分的植物营养元素和光照,增加浮游生物种群数量.

(2)人工增氧

机械增氧——注入溶氧量较高的水,或用增氧机搅水以增加空中氧气向水中溶解或充入纯氧.

化学<>增氧——借助一些化学<>试剂向水中释放氧气,如过氧化钙,活性沸石等.

2.减少耗氧作用

(1)降低水体耗氧速率及数量——养殖生产中常用挖去底泥,合理施肥投饵,用明矾,黄泥浆凝聚沉淀水中有机物及细菌等方法.

(2)改良水质——减少或消除有害呼吸的物质(如浊度,CO2,NH3,毒物等).抢救泛塘时使用的石灰,黄泥等,就有这种作用.

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发表于 2012-5-31 17:29:36 |显示全部楼层

二,天然水的pH

1.天然水的pH

(1)酸度

——水中能与强碱反应的物质的总量,用1L水中能与OH-结合的物质的量来表示.天然水中能与强碱反应的物质除H3O+(简记为H+)外,常见的还有H2CO3,HCO3-,Fe3+,Fe2+,Al3+等,后3者在多数天然水中含量都很小,对构成水酸度的贡献少.而某些强酸性矿水,富铁地层的地下水可能含有较多的Fe3+(含氧,强酸)或Fe2+(酸性,缺铁),在构成酸度上就不可忽略.

根据测定时候使用的指示剂不同,还可分为总酸度(用酚酞作指示剂,pH 8.3)和无机酸度(又称强酸酸度,用甲基橙作指示剂,pH 3.7).

(2) 天然水的pH

天然水按pH值的不同可以划分为如下五类:

强酸性 pH10.0

中性 pH6.5-8.0

大多数天然水为中性到弱碱性,pH在6.0-9.0之间.淡水的pH值多在6.5-8.5,部分苏打型湖泊水的pH值可达9.0-9.5,有的可能更高.海水的pH值一般在8.0-8.4.地下水由于溶有较多的CO2,pH一般较低,呈弱酸性.某些铁矿矿坑积水,由于FeS2的氧化,水解,水的pH可能成强酸性,有的pH甚至可低至2-3,这当然是很特殊的情况.

4FeS+9O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+4SO42-+8H+

4FeS2+15O2+14H2O=4Fe(OH)3↓+8SO42-+16H+

大水体碱度的日变化幅度一般很小,但是季节变化明显.下表为内蒙古克斯克腾旗一个淡水浅泡沼碱度的季节变化.该水体面积近2.6×103 hm2,水深不到2m.

下表列举了水中典型生物学过程对碱度的影响.表中的"碳同化"与"呼吸作用"中的示意反应(2)表达的是存在CaCO3溶解沉淀平衡的次级反应时的情况,其余均只反映了生物学过程本身对碱度的影响.了解这种变化对我们在养鱼池水质调控,及污水生物处理中认识碱度,pH的变化,碳源的补充很有帮助.比如在利用硝化作用转化水中NH4+的污染时,就要考虑向水中补充碳源,否则碱度和pH会不断降低.

典型生物学过程对碱度的影响

生物学过程                              反应示意                                                 对碱度的影响

碳同化               1)2HCO3-→CO2 + CO32-→有机碳+CO32-+O2               AT不变

                          2)Ca2++2HCO3-→有机碳+CaCO3↓+O2                         AT降低

呼吸作用            1)有机碳+O2→CO2→HCO3-+H+                                    AT不变

                          2)有机碳+O2+CaCO3(s)→Ca2++HCO3-                         AT增加

NH4+同化          NH4+→有机氮+H+                                                          AT降低*  

NO3-同化           NO3-→有机氮+OH-                                                         AT增大*

氨化作用            有机氮+O2→NH4++OH-                                                 AT增大*

硝化作用            NH4+→NO3-+2H+                                                          AT减少*

脱氮作用            NO3-→N2↓+OH-                                                              AT增大*


*此处只反映了过程本身对碱度的影响.如有次级反应(后续过程)存在,情况就比较复杂,可参考"碳同化"及"呼吸作用".

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碱度与水产养殖

(1)适宜的碱度可以降低重金属的毒性

通常游离的重金属离子毒性较大.重金属及过渡金属离子能与水中的碳酸盐形成络离子,甚至生成沉淀,使游离金属离子的浓度降低.例如R.W.Andrew等(1977)在研究铜对大型蚤的毒性时证实,铜的有毒形式是Cu2+,CuOH+.可是当湖水的碱度足够大时[42~511mg/L(CaCO3),pH=7.8-8.0],水中的铜约有90%转化为碳酸盐络合物,Cu2+,CuOH+的实际浓度很低,因而表现出的铜的毒性也就小.在用重金属防治鱼病时要注意重金属的用量(剂量)与水体的碱度有关.碱度大,重金属的药效就会降低.

(2)碱度可以调节CO2的产耗关系,稳定水的pH值

水中存在如下平衡:

Ca2++2HCO3- CaCO3(s)+ H2O + CO2↑

光合作用强烈时,如果水中HCO3- 较多,就可以通过上述平衡向右移动,补充被光合作用消耗的CO2.当呼吸作用较强时,多余的CO2可以转变为HCO3-储备起来.保持适宜量的碱度可使水pH值相对稳定.

(3)碱度过高对许多养殖生物有毒 在我国干旱与半干旱地区有一些水域,碱度偏大,水中经济水生生物的种类就明显减少,有的甚至没有经济种类生存,移殖驯化耐盐种类也未能成功.例如内蒙古克旗的达里诺尔湖,离子总量5.6克/升,总碱度44.5mmol/L,Ca2+为0.14mmol/L,Mg2+为1.0mmol/L,pH9.5,在湖内的经济鱼类只有瓦氏雅罗鱼及鲫鱼.鲤鱼在这种水中仅能存活数天,梭鱼和花鲢,白鲢只能存活数小时.黎道丰等(2000)通过对内陆15个盐碱度不同的典型水体中鱼类区系结构和主要经济鱼类生长的比较和分析表明,鱼类的区系结构,种类数量和生长速度与水体盐碱度的高低有着密切关系,盐碱度高的水体其鱼类土著的种类数较少,生长速度较慢.

关于碳酸盐碱度过高对鱼类毒性的实验研究,比较早的有史为良(1981),雷衍之等(1985)的一些工作.根据雷衍之的报道,碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH的升高而增加.对鲢鱼种碱度的24hLC50与pH有如下回归关系

pH24hLC50=10.00 - 0.0149{A24hLC50}mmol/L (n=25 r=0.976)

pH值越高,碱度对白鲢鱼种的24hLC50的值越小,即碱度的毒性越大.

水的盐度也会使碱度的毒性增加.根据章征忠等(1999)的研究,盐度对鲢幼鱼的24hLC50为11.2g/L(pH=8.60±0.18);碱度对鲢幼鱼的24hLC50为51.4mmol/L(pH=8.74±0.34).碱度和盐度共同作用时,两者的24hLC50大致符合如下关系(pH=8.76±0.23,T=23±2℃):

综合史为良(1981)雷衍之(1985)的实验研究结果,一些经济鱼类对高碱度的耐受能力大致有如下顺序:青海湖裸鲤>瓦氏雅罗鱼>鲫>丁鱥 >尼罗罗非鱼>鲤>草鱼>鳙,鲢.

养殖用水碱度的适宜量以1-3mmol/L较好.美国环保局《水质评价标准》中,提出:"除天然浓度较低者外,为了保护淡水生物,以CaCO3表示的碱度应不小于20mg/L".雷衍之等提出,四大家鱼养殖用水的碱度的危险指标值是10mmol/L.

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发表于 2012-6-1 10:30:57 |显示全部楼层

2.硬度

硬度的定义

硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和,如Ca2+,Mg2+,Fe2+,Mn2+,

Fe3+,Al3+等.其中构成天然水硬度的主要离子是Ca2+和Mg2+,因此,一般都以Ca2+和Mg2+离子的含量来计算硬度.

天然水的硬度

按形成硬度的离子不同,可分为钙硬度,镁硬度,铁硬度等.考虑到水中与硬度共存的阴离子的组成,又可将硬度分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度.碳酸盐硬度是指水中与HCO3-及CO32-所对应的硬度.这种硬度在水加热煮沸后,绝大部分可以因生成CaCO3↓而除去,故又称为暂时硬度.非碳酸盐硬度是对应于硫酸盐和氯化物的硬度,即由钙镁的硫酸盐,氯化物形成的硬度.它们用一般煮沸的方法不能从水中除去,所以又称为永久硬度.其实"永久硬度"用离子交换法(用强阳性离子交换树脂或磺化煤等)也可以除去.

根据硬度和阴离子含量,可以把水硬度分为两种情况:

为了便于对水的利用,一般把天然水按硬度分成五类:

天然水硬度分类

类 别        硬度范围 德国度,°HG                   mmol/L( 1/2 Ca2+, 1/2 Mg2+)

极 软 水           0~4°                                           1.4以下

软 水                4~8 °                                         1.4~2.8

中等软水          8~15°                                         2.8~5.7

硬 水               16~30°                                       5.7~11.4

极 硬 水          30°以上                                        11.4以上


天然水的硬度差别很大,雨水的硬度一般很低,靠雨水或融化雪水补给的河流,水硬度都比较低.我国南方多雨地区的河流,水硬度很低;干旱半干旱地区的盐碱,涝洼地的地面水与地下水,硬度多数都比较高.一般来说,随着含盐量的增加,水硬度也增大.在一些特殊水文地质条件下形成的苏打湖(碳酸盐类钠组Ⅰ型水),水硬度则相对较低.

硬度的变化

养鱼池水的硬度首先决定于水源水的硬度.新修建的养鱼池,土壤中的可溶性钙,镁也会转入池水中,使水硬度增高.修建在盐碱地上灌注淡水的养鱼池,随着塘龄的增加,土壤中的钙,镁会因淋溶而减少,致使池水的总硬度也逐年降低,下表即是一个研究实例.对盐碱地进行渔业开发时,应注意这种变化.在开发初期,注水后水的盐度,硬度,碱度都会增加.必要时,应更换池水.

对淡水养鱼池,生产管理上的操作及水中生物代谢活动也可使池水硬度发生变化.比如施用过磷酸钙,泼洒石灰浆水,甚至水生生物的光合作用和呼吸作用,都能使池水硬度变化.下表是一个养鱼池硬度的昼夜变化情况,日变化量达到0.6-0.8德国度.

鱼池硬度的变化实例

时间                 5:30           17:00          5:30             17:00  

7月15日(晴)

7月16日(晴)

总硬度/ HG      34.8°          33.9°          34.2°            33.6°

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发表于 2012-6-1 10:34:03 |显示全部楼层

硬度与水产养殖

(1)钙,镁是生物生命过程所必需的营养元素,它们不仅是生物体液及骨骼的组成成分,还参与体内新陈代谢的调节.

钙是动物骨骼,甲壳及植物细胞壁的重要组成元素,而且对蛋白质的合成与代谢,碳水化合物的转化,细胞的通透性以及氮,磷的吸收转化等均有重要影响.缺钙会引起动植物的生长发育不良.藻类细胞必需钙,硅藻大都喜欢在硬水中生长,水中钙含量过少会限制藻类的繁殖.

镁是叶绿素中的成分,各种藻类都需要镁.镁在糖代谢中起着重要的作用.植物在结实过程中需要较多的镁.镁不足,核糖核酸(RNA)的净合成将停止,氮代谢混乱,细胞内积累碳水化合物及不稳定的磷脂.缺镁还会影响对钙的吸收.

有调查发现,池水总硬度小于10mg/L(0.2mmol/L),即使施用无机肥料,浮游植物也生长不好.总硬度为10-20mg/L(0.2-0.4mmol/L)时,施无机肥料的效果不稳定.仅在总硬度大于20mg/L时,施用无机肥料后浮游植物才大量生长.美国有人在软水池塘进行施生石灰的试验,当总硬度由7.8mg/L增至32mg/L后,水中碱度增大至原来的4倍,罗非鱼的产量增加约25%.

(2)钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性

有人用硬头鳟鱼做试验,当水的硬度从10mg/L增加到100mg/L时,铜和锌的毒性大约降低了3/4.许多重金属离子在硬水中的毒性都比在软水中的要小得多,这可能是由于钙可减少生物对重金属的吸收量.一价金属离子浓度过高时对许多水生生物有毒害作用,增加钙含量可以降低一价金属离子的毒性.

部分金属离子在硬水与软水中的毒性比

金属离子      毒性比

钛  14.6

铬  15

铁 77

镍  24

铜 15~500

锌 3~67

镉 5.5

铅 33

*毒性比是指硬水中的有毒浓度与软水中的有毒浓度的比值.

(3)钙,镁离子可增加水的缓冲性

一定的硬度,可以使水具有较好的缓冲性,即具有较好的保持pH的能力.

(4)水中钙,镁离子比例,对海水鱼,虾,贝的存活有重要影响

比例不合适,会引起养殖种类的大批死亡.例如:根据臧维玲(1995,1998)研究的结果证实:在罗氏沼虾育苗中配制人工海水时,不仅要注意盐度符合要求,还要注意Ca2+,Mg2+的含量及Mg2+/ Ca2+比例,出苗率较高的条件是满足Ca2+含量170-244mg/L, Mg2+含量324-440mg/L及Mg2+/ Ca2+质量比R=1.8-2.2.中华绒螯蟹育苗用水要求Ca2+含量178-340mg/L,Mg2+含量484-816mg/L.Mg2+/Ca2+质量比R=2.0-3.0 (实验在 S =15-16的条件下进行).王慧等(2000)通过急性毒性试验得出中国对虾在水环境中能够生存的Ca2+和Mg2+质量浓度范围分别为24.92-280.66mg/L和34.5-344.9mg/L,ρ(Mg2+)/ρ( Ca2+) 比在1-3之间为最好.Ca2+含量过高过低都影响中国对虾的生长.但Mg2+含量降为正常海水的一半时也能正常生长.

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发表于 2012-6-1 10:36:48 |显示全部楼层

四,天然水缓冲作用

1.天然水缓冲体系

天然水都有一定的维持本身pH值的能力,即具有一定的缓冲性.其原因是水中存在缓冲体系:

(1)CO2— HCO3- — CO32- 缓冲体系

这两个平衡在水中一般都同时存在.PH<>8.3时,则可仅考虑第二个平衡.在pH8.3附近,两个平衡都应同时考虑.为此可采用下式表达:

2HCO3- CO32-+CO2+H2O

天然水的pH决定于水中HCO3-/CO32-或CO2/ HCO3-的含量比.

(2)Ca2+—CaCO3体系

水中存在如下平衡:

Ca2++CO32- CaCO3(s)

这一平衡可调节水中CO32-浓度.水中Ca2+含量足够大时,可以限制CO32-含量的增加,从而限制了pH的升高.

(3)离子交换缓冲系统

水中的粘土胶粒表面一般都有带电荷的阴离子或阳离子,多数为阴离子.这些表面带负电的基团可以吸附水中的阳离子(如K+,Na+,Ca2+,Mg2+,H+等),建立离子交换吸附平衡:

此外,如果水中还有其他弱酸盐,比如硼酸盐,硅酸盐,有机酸盐等,也存在相应的电离平衡,这此平衡类似于水中碳酸平衡,也可以调节水的pH值.相对而言由于水中HCO3-含量比其他弱酸盐大得多,水的缓冲性主要还是靠上述三个平衡系统起调节作用.海水由于离子强度很大,水中生成很多离子对,也对pH有缓冲作用.

另外,水中的Mg2+也可限制pH的上升幅度.比如,池塘养鱼中常采用生石灰清塘(杀菌消毒,杀死野杂鱼),这主要是通过提高水pH值来达到清塘目的.对淡水池塘,这是很好的行之有效的办法.而对于海水池塘,由于大量Mg2+的存在,使海水的pH值很难提高,需要消耗大量的生石灰.因此,生石灰清塘对海水池塘不适用.

2.天然水缓冲容量

对于碳酸缓冲系统,加入一元强碱,可使水的碱度增加相应数值;加入一元强酸,可以水的碱度减少相应数值.用AT代表水的总碱度(此处忽略硼酸盐等其它构成碱度的因素,且将活度系数视为1)则有:

将[HCO3-]及[CO32-]换算为与CT ,CO2及分量f0,f1,f2的关系,再求导,整理后可得:

据此可以绘出碳酸缓冲体系的缓冲容量与pH的关系图. 值在pH6.4-6.5附近有一个极大值;在pH4.4及8.4附近有一个极小值.pH从这两极小值向外变化, 值都较快增加,这时分别是因为H+或OH-浓度增加而具有的缓冲能力在起作用.

缓冲容量与pH的关系

从关系图中可知,CT ,CO2的增加,使体系在pH6.5( 的极大值)附近的缓冲容量有较大增加.在pH硬度).蒸发作用可使水体的碱度进一步增大,作为养殖用水,须注意经常更换.另外,为减轻CO32-对鱼的毒害,可增施有机肥,保证水体CO2的供应,并限制水体中水草的大量繁殖,以免光合作用大量吸收水体CO2而导致CO32-含量的增大.

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发表于 2012-6-1 10:38:25 |显示全部楼层

第四章 天然水中的营养物质及其循环

第一节 植物对营养元素吸收的一般规律

一,植物营养元素的分类

(1)植物营养元素可分为必需元素和非必需元素

必需元素——植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的营养元素

可分为:

常量必需元素——N,P,K,Ca,Mg,S,C,H,O

微量必需元素——Fe,Mn,Cu,Zn,B,Mo,Cl等

必需元素的生理功能为:构成植物体内有机结构的组成成分,参与酶促反应或能量代谢及生理调节.如纤维素,单糖和多糖中含有碳,氢,氧;蛋白质中含有碳,氢,氧,氮,磷,硫;某些酶中含有铁或锌;Mg2+和K+是两种不同的酶的活化剂;K+和Cl-对渗透调节具有重要作用等等.

(2)非必需元素——植物正常生长发育不需要的元素

可分为:

无害元素——虽然植物正常生长发育不需要,但是少量摄入后不会产生严重病理现象,如铋元素等

有害元素——不仅植物正常生长发育不需要,而且摄入微量,就会出现病态或中毒症状,又称有毒无素.如汞,镉,铅等

养殖水化学<>课程中主要介绍水生植物生长必需,而在自然水体中含量相对较低的元素,如N,P,Si等.

二,水生植物吸收营养元素的一般规律

(1)米氏方程

——藻类细胞对营养盐的吸收是一个复杂的生物化学<>酶促反应过程,其反应速度和底物浓度的关系符合一般酶促反应的动力学方程——Michaelis-Monten方程.

式中V为酶促反应速度,即底物消失速度或产物生成速度;

S为限制性底物的浓度;

Vmax为最大反应速度,即[S]足够大时的饱和速度;

Km为米氏常数,又称为半饱和常数.

(2)半饱和常数的意义

半饱和常数值可作为藻类细胞能正常生长所需维持水中有效形式营养盐的临界浓度,也可用于比较不同浮游植物吸收营养盐能力的大小.

在光强,水温及其它条件适宜而营养盐含量较低时,Km值越小的浮游植物越容易发展成为优势种;Km值越大的浮游植物会因缺乏营养盐使生长受到限制.而当营养盐过于丰富时,浮游植物群落结构会发生明显变化,可能导致某些有害浮游植物的迅速繁殖.

通过试验,测定不同种类浮游植物对营养盐吸收反应的半饱和常数值具有重要意义.

米氏方程仅符合于正常藻类细胞对营养盐的吸收规律.

三,影响天然水体初级产量与生产速率的限制因素

(1)水中营养元素的平均有效浓度[S]

——为获得正常的初级生产速率,通常要求水体的[S]应维持在3 以上

(2) 紧靠藻类细胞表面水体中营养盐的有效浓度

(3)水中营养盐的总储存量

(4)向藻类细胞表面迁移补给有效营养盐的速率

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发表于 2012-6-1 10:41:43 |显示全部楼层

第二节 氮元素及其循环

一,氮元素的来源与存在形式

1.来源

养殖水体中氮的主要来源如下:

鱼池中施入大量畜禽粪肥,分解产生无机氮.

注入含有大量氮化合物的生活和工业混合水.

水生生物和鱼类的代谢产物中含有氮.

池塘中氮主要来源于肥料和饲料.进入水体中的氮一般以氨的形式存在.这些氮来源于鱼鳃排泄物和细菌的分解作用.据研究,饲料中的氮有60-70%被排泄到水体中,因此水产养殖生态中总氮浓度与投饲率及饲料蛋白含量有直接关系,在精养池中经常会出现对鱼类有害的"富氮".

2.存在形式

游离态氮——氮分子具有相对较强的化学<>惰性,在水中的溶解度也很低,但由于氮气是大气中最主要的组成,其体积分数可达78%,因此,氮分子在水中的含量较高,在海洋中可达20mg/Kg,而其它可溶性氮化合物仅为0.7mg/Kg.

有机氮——包括蛋白质,氨基酸,尿素,胺类,硝基化合物等.

硝酸态氮——有氧环境中,微生物氧化氨,亚硝酸盐的产物;同时,在高温条件下,空气中的氮会生成各种氮氧化合物,它们进一步转变为硝酸盐,作为微生物生产硝酸盐的补充.

亚硝酸态氮——亚硝酸氮在天然水中的浓度是非常低的,它主要是硝化反硝化过程及植物体内被摄取的硝酸在硝化酶的作用下转化为氨及氨基酸过程的中间产物.

总铵态氮——水中含氮有机物分解矿化及硝酸盐,亚硝酸盐反硝化作用产生.包括以非离子氨和铵盐形式存在的氮.

二,氮元素的循环

1.氮气的溶解作用

天然水中氮的最丰富形式是溶解游离态氮气,主要来自空气的溶解,地表水中游离氮的含量为近饱和值,脱氮作用和固氮作用可能改变其含量,但其影响似乎不大,在天然水域中,游离态氮的行为基本上是保守的.

大气中氮在水中的溶解遵守亨利定律和道尔顿定律.

2.植物对氮的吸收

硝酸态氮,亚硝酸态氮,氨态氮是一切藻类都能直接吸收利用的氮源.

通常认为,植物会首先吸收NH4+,当海水中NH4+几乎被耗尽时才会大量吸收NO3--N.

溶解有机氮也是一些微藻和细菌主要的可利用营养盐之一.

近年来的一些研究表明,浮游植物也会直接利用一部分溶解有机氮化合物(DON),但是吸收量甚少.

固氮作用

固氮作用是氮循环的一个主要过程,即水中气态氮通过特定的细菌,蓝绿藻成为有机氮,这是水中氮的重要来源之一.相对沉积物来讲水体中的固氮作用较小,氨的存在会降低固氮作用速率,此外硝酸和氧也对固氮作用有影响.

3.氮元素的再生

——无机氮被浮游植物吸收转化成有机氮,并通过浮游动物的摄食,各级浮游动物之间及鱼类等的捕食继续在食物链中传递.在这个过程中有相当一部分氮由于溶出,死亡,代谢排出等离开食物链重新回到水体中,这就是营养盐的再生过程.

浮游植物胞外溶出——在河口和沿岸区域,大约30%的净初级生产力被浮游植物溶出,而约20%的被浮游动物捕食.可见,由浮游植物胞外溶出产生的有机物是不可忽视的.尽管有研究表明浮游植物细胞倾向于贮存氮,但有研究表明,在缺氧和存在细菌时,胞外溶出氮就会增加,分别占到细胞内氮的10%~20%和3%~12%.溶出产物主要包括蛋白质,氨氮以及少量的亚硝酸盐和氨基酸.

浮游动物及鱼类的溶出和排泄——氨氮是浮游动物溶出产物的主要形式,当然还包括脲,氨基酸,蛋白质等.不同种类的浮游动物溶出速率并不相同,Verity对Sargasso Sea的桡足类进行研究测定,发现溶出速率还与动物干重有显著的相关性,个体较小的动物的溶出速率比个体较大的快.

有机碎屑——动物新陈代谢后的排泄物和死亡的浮游生物的个体,组织等是水环境中有机碎屑库的主要来源.这些颗粒物在沉降和随水团运动的过程中,一部分被浮游动物滤食,另一部分则被细菌降解成为氨和小分子溶解有机氮.随着细菌在有机物转化中的作用越来越重要,各种对有关微生物环的研究也越来越多,由此产生的溶解有机氮在氮循环中的作用也越来越不容忽视.

4.硝化作用

天然水中的硝化作用主要分两步,每一步都有细菌的参与.首先氨在亚硝化细菌的作用下氧化为亚硝酸盐;接着在硝化菌的作用下继续氧化成硝酸盐.硝化速率常常受氧气的限制,但由于硝化菌对氧气的亲合力较强,硝化作用也可在低氧水平下发生,尤其是在沉积环境中.

5.反硝化作用

——反硝化(脱氮)作用就是在微生物活动的作用下,硝酸盐或亚硝酸盐被还原为N2O或游离氮的过程.

在自然界的水圈和沉积物中有相当大的范围内广泛地存在着厌氧细菌,在缺氧条件下,通过厌氧细菌的活动,被还原为N2的脱氮过程。
脱氮作用的详细生化机理尚不清楚,一般认为可能按下述途径进行:

脱氮作用受许多水质条件的影响,例如pH7-8为最适范围,而pH太平洋>大西洋.

在河口,近岸地区,氮的垂直分布明显受生物活动,底质条件与水文状况的影响.若上下层水体交换良好,垂直含量差异较小;而在某些水体交换不良的封闭或半封闭海区,上下层海水难以对流混合,在200米以下因水体缺氧,硝化作用减弱,硝酸态氮含量下降,而氨态氮含量增加.在上升流海区,由于富含氮的深层水的涌升,该区无机氮的含量明显增加.
      三.季节变化

研究表明,中纬度(温带)海区和近岸浅海海区的季节变化较为明显,而且与海洋浮游植物生物量的消长有明显的关系,反映了生命过程的消长.夏季浮游植物繁盛期间,无机氮被大量消耗,加上温跃层的存在,妨碍了上下层海水的混合,无机氮的含量都降至很低.特别是在表层,NO3--N和NO2--N几乎消耗殆尽.进入秋季后,浮游植物繁殖速率下降,生物残体中的有机氮化合物逐步被微生物矿化分解,加上水体混合作用,其含量逐渐上升并积累起来.到冬季,表层和底层水中无机氮含量都达到最大值.春季,浮游植物生长又开始进入繁盛期,海水无机氮含量再次下降,至夏季表层水中含量达到极低点.仅有少量NH3-N被检出.相比之下,底层海水中NO3--N并未枯竭,仍保持一定含量.

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五,氮肥的施用

1.氮肥的形态

(1)氨态氮肥——需特别注意用量,使水中的氨分子(NH3)的浓度不要超过鱼类的忍受限值,以免抑制鱼类生长.同时要考虑在有效氮被吸收后,有无残留成份,如使用碳酸氢氨残留的碳酸氢根具有补充有效碳的作用,而使用硫酸氨所残留的是硫酸根,在厌气条件下,会还原成有毒的硫化氢.对养殖水环境不利.

(2)酰胺态氮肥——尽管有许多藻类能吸收利用尿素,但有研究指出,当水中NH4+-N含量超过7μg/L时,藻类利用尿素的能力将受到抑制,而水中通常会含有如此低量的氨离子.此时,藻类只有待尿素经微生物或酶(尿素酶)的作用下转变为氨分子(HN3)和氨离子(NH4+)后才能间接利用.据农业施肥的研究结果,尿素转变为NH3和NH4+,在低温季节需7-10天,高温季节需2-3天才能完成,具缓效肥的特点,尤其是在与磷肥同时使用时,更应加以注意.

(3)硝酸态氮肥——能被藻类迅速利用,在一般施肥浓度下,对其他饵料生物及鱼类无不良影响.其缺点是,缺氧时易在脱氮细菌的作用下,还原为N2和N2O而造成损失.在与氨共存时,藻类优先利用氨态氮而使对硝酸态的吸收受到抑制,此时损失的机率就更大,因此尽量不选用硝酸态氮肥.另外使用时还要留意肥料的酸碱性,一般选用生理中性的为好,水体的碱度小,缓冲能力小的水体更应注意这个问题.

2.常用氮肥及其特点

商品氮肥的主要品种及其一般特点

类别     肥料名称     主要成分         化学式           含氮量(%)       氮的形态        残 留      副成分         主要特点

             液态氮肥       液氨                NH3                82                   氨态              无                             碱性,挥发

                                  氨水*   NH3+H2O,NH4OH   16-25                氨态              无                              碱性,挥发

                                氨制品   NH3+NH4NO3         30-45         氨态与硝酸态       无                           碱性,挥发性均降低
                                                     NH3+Ca(NO3)2       30-45        氨态与硝酸态                      Ca2+        碱性,挥发性均降低

                                              NH3+CO(NH2)2      30-45        氨态与酰胺态        无                           碱性,挥发性均降低

             固体氮肥    硫酸铵*   (NH4)2SO4             20-21                氨态            多量        SO42-      
                                                                                                                                          生理酸性,在厌气时SO42-易变为H2S

                               氯化铵*           NH4Cl             22-26                氨态             多量           Cl-              生理酸性

                            碳酸氢铵*         NH4HCO3        17-18                氨态               无     中性肥料,能同时提供碳源,容易分解

                                硝酸钙        Ca(NO3)2            13                   硝酸态                          Ca2+         生理碱性,吸潮

                                硝酸钠           NaNO3            15-16               硝酸态                           Na+      吸潮,Na+会有不良影响

                                硝酸铵           NH4NO3          32-34         氨态与硝酸态        无               吸潮,高温,猛烈撞击时易爆炸

                             硝酸铵钙  NH4NO3+CaCO3       -20           氨态与硝酸态                     CaCO3       中性肥料,吸潮性小

                                尿素*           CO(NH2)2            46                 酰胺态             无

                                                                                          中性肥料,肥效稍慢,要在细菌作用下转化为(NH4)2CO3吸收才快

* 为水产养殖中常用氮肥

3.施用氮肥的注意事项

为提高肥效,确保安全,在使用氮肥时,还应创造相应的水质条件并注意以下几个问题.

(1)施肥前后防止缺氧,否则脱氮作用的损失增大,有机物的矿化再生作用减弱,对水中增氮不利.

(2)加开增氧机,促使池水的垂直流动,以加速底层水和底泥中的有机氮化物和矿化再生物及时向表层迁移,提高表层水的中的含氮量.

(3)注意水中有效形式的氮磷比.仅在氮是真正限制因子时,施氮肥才有效.如果水中相对缺磷,再施氮肥是一种浪费且弊多利少.

(4)针对饵料生物(浮游植物)吸收特点,合理掌握施肥浓度和时间是十分必要的.施肥浓度以水中总氮量略高于0.3毫克N/升为宜.浓度再高吸收速度增加不多,并不经济.施肥时间以午前水体趋于分层时为宜,这更有利于提高肥效.为保证真光层有效氮含量保持在最佳含量,施肥应该适量多次,及时补充.

(5)水质过分混浊,粘土胶粒很多时,氨离子易被吸附固定,造成损失.

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