林文辉老师专栏—池塘里的那些事儿（19-21）

珠江渔购

“林文辉老师著的《池塘里的那些事儿》采用通俗易懂的文字内容和科学数据相结合，将多年针对国内南美白对虾养殖的研究成果归纳编写而成。我们获得林老师授权连载该书内容！” 池塘里的那些事儿（19） pH的管理（8） G区pH的调节。 和F区一样，自然界的江河湖海中很少出现G区的这样的极端水质。一般是受盐碱地土壤的影响或矿山碱性污水的污染造成的。高碱度的水体一般pH也高，因而碳酸浓度也很高。高浓度的碳酸根离子限制了钙的浓度，使钙硬度无法提高。钙不足尤其对甲壳类的生长、脱壳不利，而高pH对养殖动物具有诸多的不良影响。 要降低pH，提高钙硬度，就得降低碳酸根浓度，例如用氯离子处理，每增加 1 个钙离子，就必须补充 2 个氯离子，其次，要降低pH，还得降低羟离子浓度，每减少 1 个羟离子，必须补充 1 个氯离子，同时，每减少 1 当量的总碱度，也必须增加 1 当量的氯离子。由于碱度对pH具有很强的缓冲能力，意味着要大量添加酸根才能降低一点pH。 总碱度和钙离子计算方法与F区相同。 1、检测盐度、温度、总碱度（TA1）、总钙（TCa1），计算原来的pH原点的氢离子（H1）浓度： ［TA1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12） 计算该pH原点条件下游离钙离子（Ca1）浓度： ［Ca1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13） 计算游离钙系数： r = ［Ca1］/［TCa1］ 2、设定目标pH原点，以该pH下的氢离子浓度［H2］替换［H1］代入方程（12），求出目标pH原点是的总碱度［TA2］。 以［H2］和［TA2］替换［H1］和［TA1］代入方程（13）计算［TA2］条件下的钙离子浓度［Ca2］。 计算目标pH原点下的总钙浓度（假设游离钙系数 r 不变）： ［TCa2］=［Ca2］/r。 3、需要补充的钙为： x1 =［TCa2］- ［TCa1］ 纯酸根用量为： x2 =［TA1］-［TA2］ 酸根离子总当量为： x = 2x1 + x2 具体用量为： 方案一、先用盐酸（纯盐酸计）36.46x2（克/升）或硫酸49.05x2（克/升），再用无水氯化钙111x1（克/升）或无水硫酸钙136x1（克/升）；先用酸降低碱度再补钙，顺序不可颠倒。 方案二、无水氯化钙55.5x（克/升），或硫酸钙68x（克/升）。 可根据离子平衡的需要按比例分别添加氯化钙和硫酸钙。 F区我们只要补碱降钙，水体中游离的二氧化碳浓度降低，空气中的二氧化碳自然会溶解到水中，因而水中的碳酸碱度必然会提高。但G区补酸降碱后，池塘底部土壤是否有可交换钙能补充，我们无法确定，因此，为保险起见，还是用氯化钙或硫酸钙来调节。 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。 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。