林文辉老师详谈池塘里的那些事儿

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　　池塘里的那些事儿（20）

　　
　　pH的管理（9）
　　
　　pH的控制
　　
　　pH调节是对水质属性本身的调节。而pH的控制是对给定pH原点水体pH的昼夜变化幅度和走向（偏离原点）进行干预。
　　
　　引起池塘水体pH变化的原因是水体中生物活动（呼吸作用和光合作用）导致溶解的无机碳（DIC，包括游离二氧化碳、碳酸氢根和碳酸根）浓度变化所造成的。
　　
　　池塘中生物的呼吸作用产生的二氧化碳不是只以游离二氧化碳的形式存在，而是水合后按比例转化成各种无机碳：
　　
　　CO2 + H2O—>H2CO3—>H + HCO3—>2H + CO3
　　
　　也就是说，呼吸作用产生的二氧化碳不只是停留在游离二氧化碳状态，而是表现为DIC的增加。
　　
　　同样，光合作用也不是只利用水体中的游离二氧化碳，当光合作用造成水体中游离二氧化碳浓度降低时，碳酸氢根水解产生游离二氧化碳来补充：
　　
　　2HCO3—>CO2 + CO3 + H2O
　　
　　也就是说，光合作用不只是引起游离二氧化碳浓度降低，而是表现为DIC的减少。
　　
　　要了解pH二十四小时变化这一过程，必须了解溶解的无机碳（DIC）和总碱度（TA）以及pH（即氢离子浓度H）之间的关系。
　　
　　［DIC］是溶解的无机碳的总和，即
　　
　　［DIC］=［CO2+H2CO3］+［HCO3］+［CO3］
　　
　　用碳酸氢根表示：
　　
　　［DIC］=［HCO3］（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）/（［H］k1）
　　
　　则有
　　
　　［HCO3］=［DIC］［H］k1/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（14）
　　
　　用碳酸根表示：
　　
　　［DIC］=［CO3］（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）/（k1k2）
　　
　　则有
　　
　　［CO3］=［DIC］k1k2/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）……（15）
　　
　　将方程（14）和（15）代入
　　
　　［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］
　　
　　即可得总碱度与溶解无机碳和氢离子（即pH）之间的关系：
　　
　　［TA］=［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小时连续进行的，而光合作用则是随着白天太阳辐射增加而增加。当呼吸作用大于光合作用时（夜间），DIC增加，当光合作用大于呼吸作用时（白天）DIC减少。
　　
　　如果能通过饲料或动保产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，就可以通过方程（16）计算出pH的最低值和最高值，即pH的变化幅度。

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　　池塘里的那些事儿（21）

　　
　　pH的管理（10）
　　
　　pH的控制
　　
　　钙的缓冲作用。
　　
　　碳酸钙的溶解度很小，因此，在适应于水产养殖的pH范围内，八大离子中只有碳酸钙会随着pH的变化而发生沉淀与溶解。
　　
　　Ca（HCO3）2 <—> CO2 + H2O + CaCO3
　　
　　当［Ca］［CO3］> kSPCaCO3时，碳酸钙发生沉淀。一摩尔碳酸钙的沉淀导致导致一摩尔钙离子和两摩尔碱度的流失。
　　
　　因此，池塘中随着DIC的减少（光合作用），pH的变化有两种模式：第一种是DIC的减少无碳酸钙沉淀，总碱度、总硬度不变；第二种是DIC的减少伴随着碳酸钙沉淀，总碱度、总硬度同时等量降低。
　　
　　前者pH变化比较激烈，后者pH变化比较温和，这就是碳酸钙的缓冲作用。
　　
　　假设池塘每分钟每平方米的光合作用对二氧化碳的消耗是x摩尔，每立方米水体呼吸所产生的二氧化碳是y摩尔，池塘的深度是d米。
　　
　　则水体中DIC的净变化速度（n，摩尔/升）为：
　　
　　n = y - x/d ……（17）
　　
　　当n>0时，呼吸作用大于光合作用，DIC上升；当n<0时，光合作用大于呼吸作用，DIC减少。
　　
　　假设水体中［Ca］［CO3］= Q（称为离子积），当Q<=kSPCaCO3时，没有碳酸钙沉淀，当Q>kSPCaCO3时，发生碳酸钙沉淀，且DIC每减少 n摩尔/升，伴随着 m 摩尔/升的碳酸钙沉淀。因此，方程（16）可描述为：
　　
　　［TA］- 2m =（［DIC］+ n - m）（［H］k1 + 2k1k2）/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）+ kW/［H］- ［H］……（18）
　　
　　当Q<=kSPCaCO3时，m=0（回归方程16）；当Q>kRPCaCO3时，m>0。
　　
　　m与n的关系：
　　
　　kSPCaCO3 = （［Ca］- m）（［DIC］+ n - m）k1k2/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（19）
　　
　　对于光合作用相同的池塘水体，DIC含量越高，pH变化越小；同样，从方程（17）可以看出，光合作用相同的情况下，水越深，pH变化也越小。
　　
　　因此，可以通过提高碱度（即提高DIC浓度）和钙离子浓度，或加大水深来达到即有效地提高光合作用效率，又将pH的变化幅度控制在理想范围内。

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　　池塘里的那些事儿（22）

　　
　　pH的管理（11）
　　
　　养殖前期培水期间pH持续上升以至于不适合于放苗的情况是很常见的。但这种现象的背后，有多种原因。最常见的是藻类生长过快引起的；第二种是碱度不足引起的；第三种是水体太浅引起的；第四种水源属性引起的；第五种是池塘土壤引起的。
　　
　　第一种情况。
　　
　　大多数池塘养殖回水后培水前都会进行消毒处理，此时水中微生物大部分被杀灭，活性很低。培水的肥料中主要成分是藻类的营养素，因此，藻类长得快而微生物长得慢，二氧化碳的消耗远大于二氧化碳的补充，所以pH不断升高。
　　
　　一般情况下，培水前期pH上升的幅度大的情况发生概率地膜池和水泥池要比土池严重得多。这是由于池塘土壤干燥期间土壤间隙中含有氧气，回水后土壤中好氧细菌分解土壤有机物，产生二氧化碳，二氧化碳分解土壤中的碳酸钙，形成碱度扩散到水中，因此具有一定的缓冲作用。
　　
　　对于地膜池和水泥池，早期培水要适当增加有机物质含量，以维持一定的微生物呼吸作用，或适当控制氮或磷，使藻类光合作用产物不能全部用于生长繁殖，迫使藻类将部分光合作用的产物以分泌物的形式释放到水环境中，促进水体中的微生物生长。
　　
　　养殖户不要追求“快速培藻”的肥料，培藻速度越快，不仅pH向上漂移（持续升高）的问题就会越严重，也容易倒藻和产生藻毒素。理智的选择应该是缓释肥料，使藻类略为缓慢，但稳定生长，同时使原生动物和浮游动物能同时跟上，才能建立稳定的生态系统。
　　
　　第二种情况。
　　
　　碱度偏低的水体（D区），水体缺乏碳酸缓冲能力。这种水体藻类生长并不快，与第一种情况相比，藻类密度要低得多。
　　
　　这种池塘肥水前需要调节碱度，提高水体得的缓冲能力。如果已经放苗，此时如果要使用石灰处理，必须在凌晨和早上。另外，由于藻类生长不是很快，水体中可能还有氨氮，因此石灰一次的用量不能太高。
　　
　　第三种情况。
　　
　　有一种观点认为，前期水浅有利于水温的回升，因而可以提高对虾的生长速度。但是，也应该明白，水浅不仅pH变化大，昼夜温差也大，溶解氧也可能严重过饱和而导致气泡病。也就是说，对于抵抗环境变化能力还比较差的幼苗来说，水太浅死得也快。
　　
　　两害相权取其轻。水的深度首先必须考虑虾苗的生存，其次再考虑生长。如果连成活都成问题，考虑生长速度就没有任何意义。
　　
　　第四种情况。
　　
　　有些池塘是用地下水灌注的，这种地下水的属性本身的pH比较高，但由于受到有机物质的污染而含有大量的二氧化碳，导致二氧化碳过饱和（［CO2］>>pCO2k0）。刚抽上来的井水pH并不高，但当这些井水的二氧化碳扩散到与大气平衡之后，pH就会上升。
　　
　　这种上升幅度可能超过 1 个pH单位。如果刚抽上来的水体pH偏“低”，养殖户再使用石灰处理，有可能“雪上加霜”。
　　
　　第五种情况。
　　
　　有些池塘底部土壤是盐碱土壤，经过几年养殖漂洗，pH已经正常。当池塘在干塘修复，重新推塘时挖得太深，把表面已经漂洗的土壤挖掉，造成盐碱土壤裸露。当池塘回水后，土壤中钠的交换导致水体pH上升。
　　
　　这种交换也导致水体中钙离子被大量消耗，有可能导致水体严重缺钙。
　　
　　一种现象，往往有多种原因。因此，要正确诊断，搞清楚问题所在，才能有效预防与处理。

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　　池塘里的那些事儿（23）

　　
　　pH的管理（12）
　　
　　经常碰到一种现象，计算出来的pH原点只有不到8.3，白天水体的pH可高达10以上，溶解氧甚至超过24mg/l，虽然藻类比较浓，但夜间呼吸量并不大，早晨的溶解氧还保持几乎200%过饱和，pH也还在9以上。
　　
　　按传统说法，藻类白天光合作用产氧，夜间呼吸作用耗氧。藻类浓会造成清晨溶解氧不足。如果溶解氧被消耗，必然产生相应的二氧化碳，pH应该降到原点以下。
　　
　　很明显，高pH的情况下，呼吸受到抑制（碱中毒）！
　　
　　按道理，不同生物碱中毒的条件是不同的。按照研究盐碱地的华东水产研究所有关研究人员的说法，引起碱中毒的条件不是总碱度的高低，而是［CO3］/［HCO3］的比值。
　　
　　根据他们的研究，［CO3］/［HCO3］> 0.5 就会引起碱中毒。根据碳酸氢根离解方程：
　　
　　k2 =［CO3］［H］/［HCO3］，有：
　　
　　［CO3］/［HCO3］= k2/［H］> 0.5
　　
　　即［H］< 2k2 或pH >（pk2 - 0.301）即可引起碱中毒。
　　
　　上网查查有关碱中毒的相关知识。经常可以看到《低血钾合并碱中毒》这样的话题：
　　
　　《低血钾合并碱中毒的机理有：
　　
　　1、血清K下降时，肾小管上皮细胞排K相应减少而排H增加，氢-钠交换增加，因而换回Na、HCO3增加，从而引起碱中毒。此时的代谢性碱中毒，不像一般碱中毒时排碱性尿，它却排酸性尿，称为反常酸性尿。
　　
　　2、血清钾下降时，由于离子交换，K移至细胞外以补充细胞外液的K，而H则进入细胞内，使细胞外HCO3增加，导致代谢性碱中毒。》（摘自网络）
　　
　　很明显，无论碱度高低，高pH就会引起碱中毒。当然，高碱度，往往伴随着高pH，所以高碱度更容易引起碱中毒。另外，低钾也会引起碱中毒。如果高碱度、高pH又伴随着低钾，无异于雪上加霜。
　　
　　因此，在现实的生产中，一方面，必须采取措施将pH降低到（pk2 - 0.301）以下才能解除水体的呼吸抑制，否则想通过补充碳源促进微生物呼吸降低pH是徒劳的。另一方面，一般高碱度、高pH的水体大多数都是碳酸氢钠型，钠离子浓度偏高，容易引起钠/钾比例失调。根据上述说法，补钾应该可以缓解养殖动物甚至微生物的碱中毒。

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　　池塘里的那些事儿（24）

　　
　　pH的管理（13）
　　
　　养殖周期内日均pH的一般变化规律。
　　
　　池塘pH除了昼夜周期性变化外，从回水的那一天开始，整个养殖周期中，日平均pH也有一个大的周期性变化。要了解这个大的周期性变化，必须了解池塘二氧化碳的消长规律。
　　
　　池塘中产生的二氧化碳主要来自：外源饲料输入量（养殖动物和微生物）以及内源浮游生物对藻类的消费量和藻类光合作用产物的分泌量（胞外分泌物）。二氧化碳的消费几乎完全是光合作用。
　　
　　在整个养殖过程中，除前期的培藻期间外，光合作用可以认为是相对稳定的，而饲料的投入量是持续增加的。因此，池塘pH的变化也呈现先升后降的趋势。
　　
　　池塘回水后，由于消毒杀菌，微生物、原生动物很少，而施肥后在藻类大量繁殖起来之前，水体的pH接近其原点。
　　
　　随着施肥后藻类生长很快，新生长的藻类95%以上的光合作用产物都用于自我繁殖，因此，二氧化碳的消费远远大于二氧化碳的产生，水体中二氧化碳严重缺乏，由于空气中的二氧化碳浓度很低，靠空气扩散难以平衡水体的缺失的二氧化碳，因此，这一阶段pH快速上升，昼夜变化曲线向原点上方漂移。
　　
　　当水体中原生动物、浮游动物开始繁殖起来，部分藻类被消费，pH上升速度开始减慢。
　　
　　当放入种苗、控水鱼类（如花白鲢）浮游动物被控制，藻类和滤食生物之间相对平衡，加上藻类经过一段时间的生长繁殖，水体营养素水平有所降低，藻类胞外分泌物有所增加，微生物密度相应增加，pH不再升高，这段期间是整个池塘水体pH最高的阶段。
　　
　　随着养殖动物的生长，饲料投入量持续增加，水体中二氧化碳的产量也持续增加，因而pH缓慢回落。
　　
　　在夏末初秋期间，饲料投入量最大，pH也最低。
　　
　　随着晚秋的到来，水温降低，饲料投入量减少，但晚秋晴朗的光照强烈，pH再度回升。
　　
　　也就是说，整个养殖周期内（指一年中整个可养殖周期）pH变化是先快升，缓升，最高，缓降，最低，再回升。这是pH变化的一般规律。
　　
　　这期间的pH波动，可以认为是天气、藻类活性以及藻类密度、浮游动物密度、藻类胞外分泌物的波动引起的。
　　
　　就对虾养殖而言，前期pH的快速升高，也可能是EMS的原因之一。

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　　池塘里的那些事儿（25）

　　
　　pH的管理（14）
　　
　　pH原点。
　　
　　pH原点是指水体中二氧化碳浓度与大气平衡时的pH值。是水体的自然属性之一，它代表着水体中阳离子和阴离子当量的平衡度。了解pH原点才能对池塘pH变化是否正常做出判断。
　　
　　例如，早上池塘水体的pH应该低于原点，说明池塘中的生物呼吸作用能补偿前一天藻类光合作用所消耗的二氧化碳。否则表明池塘微生物活性不足或微生物活性降低。下午池塘水体的pH应该高于原点，说明藻类活性正常，否则表明藻类老化，光合作用能力降低。
　　
　　日常管理中，如果pH的昼夜变化围绕着原点波动，即日均pH位于pH原点，说明藻菌处于平衡状态；如果日均pH向原点上方移动，说明微生物活性降低，此时应该考虑提高微生物活性；如果日均pH向原点下方移动，说明藻类在老化，此时应该调节藻类活性。
　　
　　也就是说，只有了解池塘的pH原点，才能根据早上和下午的实际检测的pH做出判断，并采取相应的处理措施。
　　
　　所以，pH的管理有两个方面，pH原点的调节和pH走向和幅度的控制。
　　
　　原点的调节是通过离子的调节来实现的，前面已经说过（水的属性调节本身包括了pH原点的调节）。原点偏低可通过补充阳离子来提高（根据水体的离子平衡补充钙或镁或钾或钠）；原点偏高可通过补充阴离子来降低，但只能补充硫酸根或盐酸根，不能补充碳酸根或碳酸氢根，因为碳酸根和碳酸氢根是与大气平衡的，不可能单独提高。
　　
　　pH的昼夜变化幅度。
　　
　　引起池塘pH变化的根源是二氧化碳的消长，当水体中二氧化碳浓度增加时候，pH降低，当二氧化碳浓度减少时，pH上升。
　　
　　pH早晚变化小有三种情况：1、水中很少或没有生物，既不产生二氧化碳，也不消耗二氧化碳；2、呼吸作用所产生的二氧化碳等于光合作用所消耗的二氧化碳（多云的天气会出现这种状况）；3、死水——藻类和微生物都没有活性。
　　
　　对于池塘养殖而言，第一种情况是瘦水，需要培水；第二种情况是健康状态；第三种情况是池塘生态系统崩溃！
　　
　　pH昼夜变化幅度大有两个原因：1、碱度偏低（在光合作用产量相同的情况下，碱度越高，pH变化越小）；2、水深太浅（水的深度直接与pH变化幅度成反比）。因此，控制pH的昼夜变化幅度可通过提高碱度和加大水深来实现。

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　　池塘里的那些事儿（26）

　　
　　pH的管理（15）
　　
　　日均pH。
　　
　　如果系统稳定，菌藻平衡，日均pH会是一条平滑的曲线。如果日均pH出现波动，说明系统的平衡出现了问题。
　　
　　对于池塘养殖而言，如果池塘每天产生的污染量（饲料中没有转化为动物肌体的部分）在池塘净化能力的范围内，每天产生的藻类的生物量，都能由滤食生物链（原生动物、浮游动物、滤食性鱼类）所消费，日均pH也会相对稳定。
　　
　　但是，随着饲料投入量的增加，每天产生氨氮的总量也在增加，当每天产生的污染量大于池塘的自净能力、或由于天气原因引起池塘自净能力降低时，水体中的生态平衡可能被打破，藻菌平衡就会失调。
　　
　　其次，藻类在生长过程中持续不断吸收水体中的微量元素，这些微量元素被藻类同化后，随着食物链最终以有机碎屑和动物粪便的成分沉淀到池塘底部，导致水体中微量元素缺乏，进而导致藻类种群发生变化。
　　
　　开始时，水体中的微量元素比较丰富，藻类种群结构的多样性也高。随着微量元素的减少，物竞天择的结果导致水体中的藻类种群结构趋于单一化。
　　
　　优势藻类的单一化加速微量元素的消耗，藻类的繁殖速度降低，意味着光合作用产物没有完全用于生长，多余的光合作用产物被藻类作为胞外分泌物分泌到水体中。据有关研究报道，藻类胞外分泌物占光合作用产物的不足5%（初生藻类）到超过95%（老化藻类）。
　　
　　藻类胞外分泌物的增加给微生物带来新的营养素，促进微生物密度的增加，微生物的增加反过来竞争微量元素，又导致藻类胞外分泌物的增加！微生物密度进一步增加。
　　
　　这个过程将导致日均pH明显的降低。
　　
　　接下来就是倒藻！倒藻释放硝酸还原酶，如果池塘中存在着硝酸，会在一夜之间产生大量的亚硝酸！
　　
　　从藻类胞外分泌物增加，微生物密度增加，日均pH剧降，到倒藻，亚硝酸升高的过程中，日均pH降低是一个重要警示指标。
　　
　　如果在发现日均pH降低，微生物密度增加的初期，通过搅动池塘底部，释放微量元素，恢复藻类活性，就可以避免池塘生态系统恶化——倒藻和亚硝酸。

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　　池塘里的那些事儿（27）

　　pH的管理（16）
　　
　　日均pH异常。
　　
　　持续阴天会导致日均pH降低。这是光合作用下降，二氧化碳消耗减少引起的。
　　
　　消毒杀菌、杀虫会导致日均pH上升。这是微生物、浮游动物呼吸减少，二氧化碳产量下降引起的。
　　
　　反过来，杀藻导致日均pH陡然降低。这是由于光合作用降低的同时，死亡的藻类释放更多的有机物质，促进了微生物的生长，二氧化碳消耗降低而产生增加。
　　
　　晴天降温会导致日均pH上升。这是温度降低，微生物活性下降引起的；相反，水温回升，微生物活性提高，日均pH会有所下降。
　　
　　雨后持续晴天日均pH会先上升后降低，这是前期藻类生长生长旺盛，后期藻类营养失衡，活性降低，胞外分泌物增加引起的。
　　
　　换水过后也会发生类似的情形。一方面，换水补充微量元素，藻类活性增加，胞外分泌物减少；其次，换水导致有机物含量降低、微生物密度降低，呼吸作用下降，日均pH上升。随着换水时间的延长，日均pH逐渐回落。
　　
　　投饵过量，残饵过多，微生物密度增加，也会导致日均pH降低。
　　
　　藻类是池塘生态系统能量输入来源，是驱动整个生态系统运转的基本动力。池塘的载鱼量越高，驱动池塘生态系统运行的能量需求也越高。因此，只有生产力高的池塘才能取得高产。
　　
　　细菌（微生物）是池塘生态系统物质循环的还原者，是池塘生态系统可以持续稳定进行的关键因素。池塘中细菌的生物量取决于饲料投入量和藻类胞外分泌物的数量，对于中、低产池塘，藻类胞外分泌物可能提供了细菌的主要营养来源，或对池塘微生物密度起着主要的作用。
　　
　　藻类和细菌的活性、密度构成了池塘生态系统的两个最为关键的基础。藻类和细菌既有相生作用，如藻类为细菌提供营养，细菌对有机物的矿化为藻类提供营养素；同时，藻类和细菌又有相克作用，如藻类和细菌都需要某些微量元素，具有竞争关系。
　　
　　由于藻类和细菌是二氧化碳消长的两个方面，在水质参数上以pH变化的形式表现出来。因此，了解pH的变化规律，读懂pH，才能对池塘生态系统健康状态和演变走向洞察秋毫，及时做出判断，科学而合理处理。读懂了pH，自然就能对溶解氧、氨氮、亚硝酸等参数的走向做出预判。
　　
　　所以，读懂pH，是池塘水质管理的基础。

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接下讲讲碱度和硬度

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　　池塘里的那些事儿（28）

　　
　　碱度和硬度
　　
　　对于池塘养殖水质属性来说，碱度和硬度是最最关键的参数。遗憾的是，很多从事水产养殖的一线人员，对碱度和硬度的概念还一头雾水。
　　
　　碱度的定义：
　　
　　《碱度是表征水体吸收质子的能力的参数，通常用水中所含能与强酸定量作用的物质总量来标定。》
　　
　　水中碱度的形成主要是由于重碳酸盐、碳酸盐及氢氧化物的存在，硼酸盐、磷酸盐和硅酸盐也会产生一些碱度。废水及其他复杂体系的水体中，还含有有机碱类、金属水解性盐类等，均为碱度组成部分。在这些情况下，碱度就成为一种水的综合性指标，代表能被强酸滴定物质的总和。
　　
　　碱度一般用“Alk”或“A”表示。养殖水体中主要碱度成份为HCO3、CO3和OH。前二者称为碳酸盐碱度，后者称为羟基碱度。
　　
　　化学方程式
　　
　　各种碱度用标准酸滴定时可起下列反应：
　　
　　OH + H = H2O
　　
　　CO3 + H = HCO3
　　
　　HCO3 + H = H2O + CO2
　　
　　以上三种碱度的总和称为总碱度（TA）。
　　
　　碱度的单位是：毫克当量/升；或毫克碳酸钙/升。
　　
　　两者的关系是：1 毫克当量/升 = 50毫克碳酸钙/升。
　　
　　硬度的定义：
　　
　　《硬度最初是指水沉淀肥皂水化液的能力》。由于这种能力主要来自水中所含的钙、镁离子，所以，水的硬度一般指水中钙和镁的含量。
　　
　　早期检测水体硬度是采用标准肥皂水去检测，得到的是包含钙和镁的“总硬度”，目前国际上硬度的检测则基本上是直接检测钙离子含量和镁离子含量，可分别表示为钙硬度和镁硬度或两者的总和——总硬度。
　　
　　水的硬度的表示方法有多种：
　　
　　德国度：每一度即相当于每升水中含有10毫克氧化钙；
　　
　　法国度：每一度相当于每升水中含有10毫克碳酸钙；
　　
　　英国度：每一度相当于每升水中含有14毫克碳酸钙；
　　
　　1德国度=0.35663毫克当量数/升
　　
　　1法国度=0.19982毫克当量数/升
　　
　　1英国度=0.28483毫克当量数/升
　　
　　我国的法定计量单位为毫克当量/升。水产养殖常用的计量单位为毫克碳酸钙/升。
　　
　　钙的原子量为40，当量为2，所以，水中含钙离子40毫克/升以硬度表示相当于2毫克当量/升，或100毫克碳酸钙/升钙硬度。
　　
　　镁的原子量为24.3，当量为2，所以，水中含镁离子24.3毫克/升以硬度表示相当于2毫克当量/升，或100毫克碳酸钙/升镁硬度。
　　
　　例如，某水体中分别含有20毫克钙离子/升和15毫克镁离子/升，则可表示为（20/40）X 2 = 1 毫克当量/升或（20/40）X 100 = 50毫克碳酸钙/升的钙硬度，以及（15/24.3）X 2 = 1.234毫克当量/升或（15/24.3）X 100 = 60.73毫克碳酸钙/升的镁硬度。则水体的总硬度为2.234毫克当量/升或110.73毫克碳酸钙/升。
　　
　　很多时候，为了简化书写，硬度的计量单位则只是标示为毫克/升。所以，看资料、论文或化验人员撰写报告时要特别细心分清楚“钙浓度”和“钙硬度”。虽然单位很多时候都是用“毫克/升”表示，前者表示的是“钙离子”，后者表示的是“碳酸钙”。
　　
　　钙和镁含量有四种表示法：原子数（毫摩尔/升）、电荷数（毫克当量/升）、重量（毫克/升）以及硬度（毫克碳酸钙/升）。
　　
　　1 毫摩尔/升钙 = 2毫克当量/升钙 = 40毫克/升钙 = 100毫克/升钙硬度。
　　
　　同样，1毫摩尔/升镁 = 2毫克当量/升镁 = 24.3毫克/升镁 = 100毫克/升镁硬度。
　　
　　估计不少人会在这里晕倒！
　　
　　在工业上，以碳酸钙浓度表示的硬度大致分为：
　　
　　0~75毫克/升：极软水；
　　
　　75~150毫克/升：软水；
　　
　　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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　　池塘里的那些事儿（29）

　　
　　碱度和硬度的关系。
　　
　　在自然界的岩石和矿物中，最容易风化的是碳酸岩中的碳酸钙（主要存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为动物骨骼或外壳的主要成分）和碳酸钙镁（白云石）：
　　
　　虽然碳酸钙几乎不溶于水，但溶于酸。当雨水和地表水溶解了空气中的二氧化碳，并水合为碳酸，碳酸就会导致碳酸钙溶解：
　　
　　CaCO3 + H2CO3 —> Ca + 2HCO3
　　
　　以及
　　
　　CaMg（CO3）2 + 2H2CO3 —> Ca + Mg + 4HCO3
　　
　　同样，二氧化碳的水合产物——碳酸，也可以风化钾长石、钠长石等，以及其它矿物，逐步丰富水体中的八大离子含量。
　　
　　一般情况下，普通地表水碱度和硬度相差不会太大。所以，有些报告会把碱度当硬度，或把硬度当碱度。因为它们的计量单位都用“毫克碳酸钙/升”来表示。
　　
　　基于碳酸盐碱度的硬度分类：
　　
　　1、碳酸盐硬度：硬度等于碳酸盐碱度的部分，可以认为都是碳酸盐硬度。当加热时，碳酸氢钙分解，形成碳酸钙沉淀，可以从水中除去。因此，碳酸盐硬度也称为暂时硬度。
　　
　　2、非碳酸盐硬度：硬度大于碳酸盐碱度时，水中除了碳酸盐硬度外，还存在着硫酸盐或盐酸盐硬度。这部分硬度通过加热不能除掉。因此，非碳酸盐硬度也称为永久硬度。
　　
　　3、负硬度：硬度小于碳酸盐碱度的部分，此时水体中的硬度都是碳酸盐硬度。大于硬度的那一部分碳酸盐碱度称为负硬度，即碳酸钾、碳酸钠或碳酸氢钾、碳酸氢钠。
　　
　　碱度和硬度偏离的原因往往是与不良土壤或矿物接触的后果。如与盐碱地接触导致碱度升高、硬度降低；而与酸性硫酸盐土壤接触导致硬度升高、碱度降低。

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　　池塘里的那些事儿（30）

　　
　　钙硬度、镁硬度与碱度的关系。
　　
　　如果我们往没有碱度和硬度的蒸馏水里添加氧化钙（生石灰），碱度和硬度就会等量升高，pH也会升高，水体中的离子平衡为：
　　
　　［H + 2［Ca］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］
　　
　　当钙浓度和碳酸根浓度的乘积达到碳酸钙沉淀点时：
　　
　　［Ca］［CO3］= kSPCaCO3
　　
　　水中的碱度和硬度达到最高。也就是说，对于低碱度和低硬度的水体，只用石灰来提高碱度和硬度时相当有限的。如果希望总碱度和总硬度同时进一步提高，就必须用镁硬度替代钙硬度。
　　
　　因此，一般情况下，在水体碱度和硬度都比较低时，钙硬度往往高于镁硬度。当碱度和硬度达到碳酸钙沉淀点之后，碱度和硬度的提高主要是依靠镁硬度。
　　
　　从水体pH的稳定性来说，虽然钙的作用比较强，但并不是越高越好，尤其是低盐度的水体。因为在低盐度的情况下，碳酸钙浓度积很小（kSPCaCO3 < 10^-9）。高浓度的钙限制了碱度的提高，影响光合作用效率，从而影响池塘生产力。
　　
　　因此，钙只能保持一个满足养殖动物生理需要和合理的pH稳定所必须的水平，太高反而不好。对于南美白对虾来说，镁：钙的比值为3:1对生长最有利。在满足对虾对脱壳需要的前提下，提高镁硬度对南美白对虾生长有利。

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　　池塘里的那些事儿（31）

　　
　　水中元素化合物的溶解度
　　
　　当水与岩石和土壤矿物接触时，岩石和矿物就会溶解。其溶解度取决于两个方面：一方面取决于组成这些矿物的元素的离子半径、原子价、极化度、化学键类型及其他物理—化学性质；另一方面取决于温度、压力、浓度、pH、pe（Eh，即氧化还原电位）等外界条件。
　　
　　具有离子键型的矿物通常比共价键矿物更容易溶解。例如在硫酸盐中，阳离子与阴离子硫酸根之间的化学键是离子键，这些盐的溶解度就比由共价键构成的硫化物大。
　　
　　离子键矿物的溶解度，随离子半径的增大和原子价的减少而增加：Na3PO4，Na2SO4，Na2CO3是易溶性的，而Ca（PO4）2，CaSO4，CaCO3是难溶性的。
　　
　　根据元素化合物在蒸馏水中的溶解度，可将元素的化合物划分为下列几类：
　　
　　（1）极容易溶解的和极容易带出的：溶解度可达每升几百克或几十克，如钾、钠、铯、铷的卤化物，硫酸盐、硼酸盐和硅酸盐。
　　
　　（2）溶解的（可带出的）：钙、镁、镍、锌、钴、铁、锰（均为2价）的卤化物，硫酸盐和重碳酸盐类。
　　
　　（3）难溶解的（弱带出的）：锶的硫酸盐，钡、锶、锌、银的碳酸盐和硅酸盐。
　　
　　（4）最难溶解的（活动性小的）：铅的碳酸盐，锌、钙、二价锰的硅酸盐和铜的碳酸盐。
　　
　　（5）不溶解的（稳定的）：三价铁、四价锰、三价钛和三价钴的氢氧化物。
　　
　　氯化钙、硫酸钙的溶解度比碳酸钙高，因此，这两种盐含量高的水体不能用石灰提高碱度（或pH），必须使用溶解度更高的碳酸盐，如碳酸钠。
　　
　　碳酸铜是最难溶解的，因此，高碱度或高pH水体用硫酸铜杀藻铜离子的剂量比低碱度的水体要高的多。
　　
　　含亚铁离子高的地下水只要曝气将铁氧化为三价铁，加点石灰提高pH，就可以形成不溶解的氢氧化铁沉淀而除去。

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　　池塘里的那些事儿（32）

　　
　　pe
　　
　　水最重要的属性包括温度（T）、盐度（s）、氢离子活度（pH）和电子活度（pe）。前面3个指标大家都很清楚，但电子活度有些人就不大清楚。电子活度是电子浓度的负对数：
　　
　　pe = -log(e)
　　
　　大多数情况下，我们检测水体电子供应能力是采用氧化还原电位计，一般也称氧化还原电位，用符号Eh表示（Eh = pe×0.0592）。水体中不存在游离的电子，氧化还原反应必须同时发生，也就是说，一种物质被氧化的同时，必须有一种物质被还原。在氧化还原反应中，被氧化物提供电子，称为电子供体，被还原物接受电子，称为电子受体。
　　
　　自然界的生物，除了光能自养的生物外，都是靠氧化还原性物质获得能量的。例如，鱼虾通过氧化碳水化合物获得能量：
　　
　　CH2O + O2 —＞ CO2+ H2O
　　
　　在上述反应中，碳水化合物是电子供体，氧是电子受体。如果我们把这个反应分为两个半反应，则有：
　　
　　CH2O + H2O —＞ CO2+ 4e + 4H
　　
　　在氧化碳水化合物所产生的电子和氢离子必须有受体，好氧生物以氧（O2）做电子受体（和氢受体），构成另一个半反应：
　　
　　4e + 4H + O2 —＞ 2 H2O（Eh°= 1.27v）
　　
　　厌氧生物同样需要氧化还原性物质以获得能量，只不过它们的电子受体不是氧。池塘里常见的厌氧生物的无机电子受体主要有硝酸（NO3）、氧化铁、氧化锰、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）
　　
　　池塘一旦出现硫化氢就会引起鱼虾死亡，所以，很多朋友尽管不大了解pe或Eh，但都很关注池塘硫化氢产生的条件。所以，很多人都会问这么一个问题，电位低到什么时候会产生硫化氢？其实，这个问题并不好回答，因为上述方程给出的是标准条件，而池塘里的条件是千变万化的。
　　
　　根据上述方程，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])
　　
　　假设对虾池塘硫化氢浓度不能超过0.1毫克/升，海水中硫酸含量为2650毫克/升，pH为8.2，则有：
　　
　　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)
　　
　　同等条件下，当pH为7.5时，Eh = - 0.1856(v)。因此，沿海酸性硫酸盐土壤的池塘硫酸含量高而pH又低的情况下，防止硫化氢危害是很重要的。

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　　池塘里的那些事儿（33）

　　
　　水的属性和结构
　　
　　水是氢和氧的化学化合物。至少在气体状态它有分子式H2O。虽然相同的分子式也代表着液态水和冰的成分，在这两种形态中的分子与结构有关联，水的这种关联被认为是压缩的相而不是作为分子的简单聚合的看法是对的。因为在自然中存在三种氢和三种氧的同位素，因此，水分子有18个种类的可能。
　　
　　水的物理特性在许多方面是很独特的，这种化合物的这些也许被认为是正常的偏离形态是非常重要的，无论是生命形式的发育和持续的存在以及地球表面的形状和组成都与之有关。水的沸点和冰点都远远高于这种低分子量的预期值，以及液态水的表面张力和介电常数也比预想的更大。水结冰时，其密度减少；事实上，水在1个大气压力下的最大密度发生在近4°C。虽然这种行为类型在液-固转变中不是独特的，但水的这种行为对所有生命形式是最幸运的一个属性。
　　
　　从H2O分子的结构考虑，液态水的物理特性最了解。在O^2-离子和H^+离子之间形成的两个化学键彼为此105°角。其结果是H+离子在分子的同一边，它赋予水具有双极的特性。这种双极特性除了简单的静电效果外，相连的氢离子保留了与带负电的离子和水分子之间的相互作用的能力。这种影响，称为氢键，存在于水的液体和固体形态中，形成定义完善的冰的晶体结构。液态水无序得多，但分子之间引力明显很强烈。将分子分离所需的能量表现在水的高汽化热，另一个是高表面张力。液态水具有一些聚合物的特性。
　　
　　溶解离子的存在会更改水的一些物理属性，值得注意的是水的导电能力。然而，水分子的双极属性，在溶质离子以及溶剂的行为上是一个重要因素。液态水的结构的详细信息仍远远没有被充分理解。最近Stillinger(1980)综述了关于水知识的现状。早些时候仍然很重要的综述是Drost-Hansen (1967)发表的纯净水以及Kay(1968)发表的含溶解离子的水。
　　
　　双极水分子被强烈吸引在大多数矿物表面，以有序的形式排在多种形式的溶解离子周围形成鞘，将离子上的电荷与其它带电的离子隔开。水作为一种溶剂的效力与这种活性有关。这种粘性的液体湿润矿物表面和渗透到小开口的能力也提高了其风化岩石的效力。

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　　池塘里的那些事儿（34）

　　
　　水域属性
　　
　　水域属性包括水质属性和地理属性。水质属性是水体内部条件，而地理属性指的是水体的外部条件。
　　
　　地理属性主要由天气与气候、光照、温度与分层、水文等因素构成。
　　
　　天气与气候
　　
　　大气条件的短期变化称为天气，而在一段长时间的平均天气条件称为气候。从事水产养殖工作者必须了解当地的天气和气候，特别是天气条件如何随着季节而变化的，并且能够有多大的变化量。
　　
　　最为重要的变量是：气温、太阳辐射、云量、风速、降雨量和蒸发量。
　　
　　太阳辐射。影响太阳辐射的主要因素是大气的透明度、日照时间和中午太阳照射到地面的角度。
　　
　　气温。气温与太阳辐射的关系很密切，太阳辐射多的地方比太阳辐射少的地方暖和，太阳辐射多的季节比太阳辐射少的季节暖和。
　　
　　风。风的速度与方向有日常性变化和季节性变化。对水产养殖来说，风是很重要的。它是天然水体流转和运动的重要动力。
　　
　　降雨量。不同地区不同季节之间雨量变化非常大。一般来说，暖和地区多于寒冷地区，沿海多于内陆，上升多雨而下降气流少雨。
　　
　　蒸发作用。蒸发是水流失和浓缩的重要因素。影响蒸发量的因素是空气的相对湿度和风速。
　　
　　水文气候。水文气候指的是地球表面水的补充与流失之间的关系。它影响某些类型池塘的水位、交换量以及可用水量。

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　　池塘里的那些事儿（35)

　　
　　光照
　　
　　在晴朗的日子里，太阳辐射从黎明前的 0 稳步增加到中午，达到高峰值。水体储存热量，太阳辐射的周日变化并没有引起水体温度发生太大的变化。但是，在白天，水生植物的光合作用随着太阳辐射增加而增加，也随着太阳辐射的降低而减少。同样，厚厚的云层也能减少照射到水面的太阳辐射量，并立即降低光合作用速度。
　　
　　照射到池塘水体的部分光线(太阳辐射)并没有穿透水面，有一部分辐射被反射，反射量取决于水面的粗糙程度和辐射的角度。
　　
　　水面越光滑，辐射角度越接近垂直，穿透水面的辐射百分率越大。随着光线穿过水体，由于水的分散和差异吸收，光谱质量发生变化，密度也降低。在纯水中，大约53％的入射光被转化为热并消失（熄灭）在第1米的范围内。而且，波长较长（红色和橙色）和波长较短（紫外线和紫色）的光线比中等波长（蓝色、绿色和黄色）的光线被吸收得更快。自然水体从来都不是纯净的，含有许多进一步干扰光线穿透的物质。自然水体的颜色是原来入射光保留下来未被吸收的结果，水的真颜色是由溶解的和胶状悬浮的物质所引起的，表观颜色是由干扰光线穿透的悬浮物质所引起的。
　　
　　浑浊度指的是由于大小从胶质到粗粒的悬浮颗粒物质降低水的光传播能力。在池塘中，浑浊度和颜色可能是由胶质粘土、胶质性或溶解的有机物或丰富的浮游生物所引起的。在集雨区有农作物的池塘常常由于侵蚀所带来的胶质土壤而浑浊，森林地带的池塘往往被植物材料腐烂转化而来的腐殖质所染色。高密度精养的池塘往往由于添加肥料或鱼类饲料导致浮游植物繁殖而浑浊。
　　
　　一般认为在光强度低于水面光照1％的深度时，光合作用速度不能超过呼吸速度。光强在入射光照1％以上的水层称为透光带。池塘常常因为高密度的浮游生物而导致浑浊，所以透光带很浅。许多鱼塘透光带往往低于1米，赛克氏板能见度乘以2就是池塘透光带的大致深度。赛克氏板是一个直径20厘米、对角漆成黑白相间的加重盘子，在盘子消失和再出现的平均深度就是赛克氏板能见度。

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楼层爬得太多也挺累人的，我就重新开了一个贴，接下来的内容就请大家移步到：

林文辉老师详谈池塘里的那些事儿（绪）

naturehu

学习了，非常有价值，谢谢分享。

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理论学习，谢谢楼主分享。