林文辉谈水质底质：养鱼养虾必看基础好文！（1） 本文为林文辉老师近期更新的关于池塘水质底质的内容，如果您还不太认识林老师，建议从头开始学起，并上中国水产频道论坛（www.fishfirst.cn）搜索林老师的相关PPT及报告录音；如果您是林老师的粉丝，您可以从直接跳到第7篇，从水质调节看起，7-11都是介绍水质调节的内容；或者从12篇看起，12到23均是介绍池塘pH管理的内容。当然，这些内容，小编都建议您多读几遍，并欢迎评论留言，我们会挑部分问题请林老师抽空回答！   由于水体的缓冲能力与碳酸钙含量有关，所以，高钙低碳酸或低钙高碳酸的水体缓冲能力都偏低。 因此，从水体稳定性能来看，钙浓度大约等于碳酸的水体缓冲能力最强。 水体中的二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根是可以相互转化的，在水中，总碳酸包含了碳酸氢根和碳酸根，所以，水体中的总碳酸当量约等于总碱度（总碱度约等于碳酸氢根+两倍碳酸根）。 也就是说，碳酸根当量大致上可以用总碱度表示。这就解释了水产养殖传统上认为钙硬度大约等于总碱度的水最好的道理。 6、对生态具有重要影响的水体重要属性包括：温度、盐度、pH、pe、碱度、硬度。 其中，温度是地域太阳辐射属性，pe是生物活动的结果。pH受水体本身和生物活动的双重影响。 决定水质其它参数的是溶解于水中的八大离子：钙、镁、钾、钠、碳酸氢根、碳酸根、硫酸根和盐酸根（或称氯离子）。其中钙、镁、钾和钠是阳离子，碳酸氢根、碳酸根、硫酸根和盐酸根是阴离子。 1、八大离子的重量和决定了水的盐度。例如，标准海水中，这八大离子的重量和占总离子重量和（即盐度）的99%以上。 2、八大离子中阳离子的当量和与阴离子当量和之差，决定了水体的pH。水是电中性的（正电荷与负电荷相等）。当水体中阳离子（带正电荷）的当量和小于阴离子（带负电荷）的当量和时，水体中的氢离子（带正电荷）浓度就会高于羟离子（带负电荷）浓度，水体呈酸性（pH低于7）；当阳离子的当量和等于阴离子当量和时，氢离子浓度等于羟离子浓度，水体呈中性（pH等于7）；当阳离子当量和大于阴离子当量和时，氢离子浓度低于羟离子浓度，水体呈碱性（pH高于7）。 3、八大离子中钙和镁决定了水体的硬度。即水体的总硬度大约等于（毫摩尔钙离子/升+毫摩尔镁离子/升）X100（毫克碳酸钙/升）。 4、八大离子中碳酸氢根和碳酸根决定了水体的总碱度。即水体的总碱度大约等于（毫摩尔碳酸氢根/升+2X毫摩尔碳酸根/升）X50（毫克碳酸钙/升）。 可见，八大离子的组成是水体的最重要属性。所以，只有了解水体的八大离子组成，才能了解水体的属性，才能为水质调节提供基本依据。 7、水质调节之一水产养殖与水质属性 基本原则：养殖的目的是创造经济效益（说白一点，养殖的目的就是赚钱），用动物最适宜的水质去养殖，效益是最高的。因此，如果确定了某种动物，就选择该动物最佳的水质条件；或，给定水质条件，那只能选择适合于该水质的动物去养殖。 如果要在偏离动物最佳的水质条件进行养殖，必然要付出相应的代价（即提高养殖成本）。因此，在投入养殖之前，必须进行经济效益评估。 换而言之，没有不能养殖的水体，只是有没有经济效益而已。例如，你可以在寒冷的地方养热带鱼，通过人为加热就可以解决温度问题，只是加热造成成本增加，只要还有钱赚，完全可以进行。如果由于加热成本而不能盈利，那养殖再成功也没有任何意义。 水质调节的目的是：一、满足养殖动物最佳生存生长的需要；二、满足环境生物最佳生长的需要。 养殖前的水质调节是对水质属性的“校准”，养殖过程中水质调节是对水质变化的“维护与修正”。 因此，想把水质调属性校准好，必须满足两个条件：一是调节之前，知道你的池塘水的水质是什么；其次，知道你想满足的动物、植物、细菌所需要的水质条件是什么。例如，你打算养殖南美白对虾，那你必须知道你的池塘水质属性是什么，南美白对虾对水质的要求是什么。 另外，水质调节至少包含两个层次，一个是个性调节，即针对养殖对象，如南美白对虾养殖；另一个是共性调节，即池塘水体的生产力和缓冲能力的调节。 个性调节。例如，我想养殖南美白对虾，首先我得知道，南美白对虾生存生长的最佳水质条件是什么？如果我发现这根本找不到研究资料，那我得去了解南美白对虾祖籍（南美洲墨西哥湾）的水质指标是什么。其次，我也必须知道我的池塘现在的水质指标是什么；什么东西多了，什么东西少了。其三，如果我要购买现成的水质调节产品，我还得了解各种产品的有效成份和浓度。 共性调节。共性调节一般指的是生产力和缓冲能力的调节，对所有养殖对象都大同小异。目标就是提高水体的光合作用效率，稳定藻相、菌相以及其它各种水质参数。 一般来说，世界上没有两个属性完全相同的水体，而“水质调节”并非像配制培养基培养细菌那样完全标准化。例如养殖南美白对虾，我们没有可能也完全没有必要配制出墨西哥湾的标准海水去养殖（当然，或许用墨西哥湾海水养殖效果是最好的）。 水质调节的本质是对水体中八大离子进行调节。但是，水中的矿物是易增难减的，也就是说，少了容易通过添加来解决，多了是很难处理掉的。因此，水质调节是在现有水质的条件下，根据养殖动物、环境生物的最佳需求进行“优化”而已。 8、水质调节之二 水质调节的本质是对八大离子的浓度和比例进行调节。根据电中性原理，有： 氢离子+钙+镁+钠+钾=碳酸氢根+碳酸根+硫酸根+盐酸根+羟离子 单位为当量/升。 其中， A、［氢离子］X［羟离子］约等于10的负14次方。意味着其中一个离子的浓度上升，另一个离子的浓度必然下降。 B、碳酸氢根和碳酸根（水体中碳酸氢根加碳酸根加溶解的二氧化碳称为总无机碳）不仅会根据pH互相转化，而且与大气二氧化碳浓度存在着平衡关系。意味着当水中的浓度不足时，大气中的二氧化碳会溶解于水中，引起总无机碳增加；当水中的浓度过饱和时，水中的无机碳会转化为二氧化碳进入大气中，引起总无机碳浓度降低。 C、由于碳酸钙的溶解度低，钙离子浓度与碳酸根的浓度之间会相互制约。当碳酸根与钙离子的溶度积达到饱和时，钙离子浓度的增加会引起碳酸根浓度的降低，反则反之。 水质调节和做饲料配方的道理是一样的——牵一发而动全身！调节一种离子，必然会影响到其它离子。例如，想提高pH，即降低氢离子浓度，世界上没有一种能够单独降低氢离子浓度的方法！ 例如，传统上，我们通过添加石灰（氧化钙）来提高pH，就是通过提高阳离子的浓度来“挤兑”氢离子。但是，由于钙离子浓度发生变化，除了降低氢离子浓度而提高pH外，阳离子（钙）浓度的增加，必然导致阴离子浓度相应增加，此时，羟离子浓度增加，而羟离子的增加又导致二氧化碳被吸收，总碱度增加，同时pH的变化又打破了原来的碳酸平衡体系，碳酸氢根和碳酸根按不同比例增加。 可见，用石灰调节pH，水体中变化的不仅仅是氢离子浓度，而是发生了一些列变化——包括硬度、碱度、盐度、镁/钙比值、碳酸氢根/碳酸根比值等等。 9、水质调节之三 水质调节的本质是八大离子的组成调节。就共性而言，就是碱度、硬度和pH调节。 请读者再回头看看（4）那张示意图，水质调节的目的就是希望将自己池塘水的属性调整到A区的范围内。 如果你的池塘水质属性本身就落再在A区，那恭喜你，你的水质已经很好了。但可以进一步优化，让它落到那条弧线上（即碳酸钙处于饱和临界状态），那才是最佳的。  D区水质的调节。这个区域的水体属于低碱度、低硬度，但往往也是低盐度偏酸的水体，常见于山区的水库水。这种水体偏“瘦”，培藻比较难，晴天早晚pH变化大，容易倒藻和滋生蓝藻。鲢鳙鱼产量很低，经常碰到低溶氧、高氨氮的问题。 尽管D区的水体钙+镁与碳酸根+碳酸氢根比较接近（即硬度与碱度比较接近），但浓度都很低。必须同时提高碱度、硬度和pH，因此，只需要使用石灰就可以了。造成这种水质属性的一个很重要的原因，可能是这种池塘的底部土壤严重缺钙。因此，水体中的钙很容易流失，必须经常检测钙浓度并不时补充。 由于盐度很低（可溶性固体很少），碳酸钙溶解度不大，碱度和硬度一般只能调节到70～80（毫克碳酸钙/升）左右。但要勤调。 如果池塘里还没放苗，可以大剂量使用石灰处理。如果已经放了苗，就要非常小心。许多养殖户往往是等到池塘出了问题才想起水质调节，但是，俗话说，虚不受补！特别是当池塘氨氮浓度高的时候下石灰是非常危险的。 由于D区水体碱度低、硬度低，几乎没什么pH缓冲能力，所以，晴天光合作用会引起水体pH剧烈波动，晴天中午或下午pH会比较高，因此，石灰应该在晴天的凌晨或阴天使用。同样，水体缓冲能力差，每次石灰的使用量也不能多。 10、水质调节之四 B区的调节。按照八大离子当量平衡等式，B区水质等式的左边钙离子浓度合适，但右边的碳酸根和碳酸氢根不足。可以判断，水体中的钙主要是以硫酸钙或氯化钙的形式存在。 因此，B区的水质调节是左边补充镁或钠或钾，等式右边补充碳酸根或碳酸氢根。如果总硬度等于钙硬度，说明镁不足，可补充碳酸镁，如果镁也合适，则补充钠或钾，由于钾是一种植物营养素，不宜太高，一般情况下是补充钠。常见的调节剂为碳酸钠或碳酸氢钠。 由于碳酸钠的钠离子含量高于碳酸氢钠，所以补充碳酸钠的剂量可以少一些。 如果水质属性落在B区的下限，除补充碳酸钠外，还可以适当补充一些氧化钙。 B区水质调节本质上是通过补充镁、钠、钾，将硫酸钙或氯化钙转化为硫酸镁或硫酸钠或硫酸钾，或将氯化钙转化为氯化镁或氯化钠或氯化钾，从而将钙转化为碳酸钙。 由于调节B区的水质属性会带来pH上升，因此也必须关注水体中的氨氮，操作和注意事项与D区一样。 C区水质的调节。与B区相反，C区水质的八大离子平衡等式中，右边的碳酸根、碳酸氢根够，但左边的钙不足，所以，这种水的矿物主要是碳酸钠（碳酸镁或碳酸钾型的水很少见）。 很明显，左边需要补钙，但右边不能补碳酸，只能补硫酸根或盐酸根。因此，C区的水质需要用硫酸钙或氯化钙来校正。 很多人以为缺钙都可以用“石灰”解决，在这种情况下使用石灰，根本补不了钙！一不小心反而会导致“脱钙”，造成更加严重的缺钙。 由于硫酸钙或氯化钙既不耗氧，也基本上不改变pH，所以，一般随时都可以进行操作。 11、水质调节之五 极端水质属性的调节 前面说过，对于水质矫正而言，加易减难。B区缺碳酸碱度、C区缺钙硬度，D区两种都缺，缺可以通过补充来解决。而水体中某些矿物过量，必须“拿掉”就没那么方便了，必须付出更大的代价才能矫正过来。 F区和G区就是极端水质。江河湖海中这种属性的水体很少，造成这种极端属性的原因是池塘土壤引起的，前者是酸性硫酸盐土壤的池塘大量或长期使用石灰引起的，后者是盐碱地土壤土壤引起的。 上述这两种水质属性本身不适合于水产养殖，如果有选择余地的话，尽量避免在这样的水质属性进行养殖。还是那句老话，没有养不了鱼虾的水，只是有没有经济效益而已。 F区的八大离子中主要是硫酸钙，高水平的钙导致碳酸盐碱度非常低，光合作用效率很低，难培藻，易倒藻。如果不降低钙含量，根本无法提高碱度。 尽管水体偏酸，但不能用石灰处理，如果使用石灰处理，pH在短时间内可以提高。而pH的提高又使原本只有少量碳酸氢根转化为碳酸根，将所添加的石灰完全沉淀掉，过两天pH又回到原位，这就是我们常说的“返酸”现象。 处理方法是根据八大离子平衡原则，采用钠离子去平衡硫酸根，降低方程左边的钙，同时提高右边的碳酸碱度。 1、氢氧化钠。氢氧化钠加到水里后，提高水体的pH，使［二氧化碳］<—>［碳酸氢根］<—>［碳酸根］缓冲系统向右移动，使空气中的二氧化碳不断进入水里，产生更多的碳酸根，形成碳酸钙沉淀，降低钙离子水平。 2、碳酸钠。碳酸钠与硫酸钙起反应产生硫酸钠和碳酸钙，过量的碳酸钙发生沉淀，降低钙离子水平。 3、碳酸氢钠。碳酸氢钠的作用与碳酸钠相同，比碳酸钠温和，但用量差不多高一倍。 由于［钙］X［碳酸］=常数（碳酸钙溶度积），钙少了，碳酸自然就会多出来。 G区水质属性的调节。与F区相反，G区水中八大离子的组成主要是碳酸氢钠，也就是人们常说的碳酸水。高水平的碳酸根限制了钙的浓度，如果不降低碱度，无法提高钙的浓度。只有除掉一定数量的碳酸，才能提高钙浓度以满足养殖动物如对虾生存生长的需要。 1、盐酸。盐酸降低pH，使上述碳酸盐缓冲系统向左移动，使碳酸根转化为碳酸氢根，碳酸氢根再转化为二氧化碳并逸出水体，同时，盐酸中的氯离子占据了碳酸的位置，从而为钙离子的溶解提供空间。 2、氯化钙。氯化钙与碳酸氢钠反应，形成氯化钠和碳酸钙沉淀，从而降低碳酸盐碱度，为钙的溶解提供空间。 总而言之，极端的水质属性调节需要付出很大的代价，成本也很高。尤其是盐碱水，因为高碱度本身对pH有很强的缓冲作用，意味着需要加入大量的盐酸才能降低一点点pH。 12、pH的管理（1） pH是水体中氢离子浓度的负对数（pH=-log［H+］）。pH每上升或降低1个单位，氢离子浓度相差10倍。 影响水体pH的因素包括水体属性自身的pH（我们称之为pH原点，由水体中阴阳离子当量平衡状态所决定），以及水体中二氧化碳消长平衡（生物呼吸产生二氧化碳，pH下降，藻类或植物光合作用消耗二氧化碳，pH上升）。还有其它一些因素也会引起pH变化，如铵离子会引起pH上升，而铵转化为硝酸后会引起pH下降，硝酸脱氮会引起pH上升。当然，生物的呼吸作用和光合作用对pH的影响是最大的。我们日常在池塘水体检测到的pH值是一个表观综合数值。 池塘中日常pH的管理（调控）包括两个层次或内容：一个是pH调节，另一个是pH控制。pH调节是指对水体属性的矫正，即对pH原点的调整；pH控制是对pH变化的幅度、漂移方向的控制，本质上是通过对生物活性（光合作用和呼吸作用）的调节来控制二氧化碳的消长，从而干预pH的走向。 水体中pH的缓冲体系是碳酸体系。因此，必须了解碳酸体系，才能实现对pH的科学调控。 封闭条件下，给定溶解无机碳（DIC）的浓度，随着pH的变化，水体中的二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根之间的比例发生相应的变化（图1）。这是大家所熟悉的。  很多人没有真正理解图1，总以为当pH高于8.3时，水体中“没有二氧化碳”，其实，在开放体系下，与大气平衡时，水体中二氧化碳的浓度是不随pH的变化而变化的（图2）。在给定温度、盐度的情况下，二氧化碳的浓度只与大气二氧化碳浓度（pCO2）和二氧化碳溶解常数（k0）有关（［CO2］=pCO2Xk0）。  从图2可以看出，pH7.5以下水体中的溶解的无机碳含量很低，根本满足不了光合作用的需要，而当pH高于8.5时，碳酸根含量开始上升，可能又对养殖动物有不良影响（图2的盐度是千份之一，盐度不同碳酸根拐点不同）。这就解释了一般池塘水质pH为什么要在7.5～8.5之间。 13、pH的管理（2） 要管理好pH，首先要明白pH为什么变化？变化规律是什么？所以，必须了解一下相关的理论和相关的术语： 总碱度（TA）、碳酸氢根（HCO3）、碳酸根（CO3）、羟离子（OH）、氢离子（H），且 ［TA］=［HCO3］+2［CO3］+［OH］-［H］……（1） 单位：摩尔/升，方括号表示浓度，下同。 二氧化碳（CO2）、碳酸离解常数（k1），碳酸氢根离解常数（k2）且 ［HCO3］=［CO2］k1/［H］……（2） ［CO3］=［HCO3］k2/［H］=［CO2］k1k2/［H］^2……（3） 水的电离常数（kW），大气二氧化碳浓度（pCO2），二氧化碳溶解常数（k0），且 ［OH］=kW/［H］……（4） ［CO2］=k0pCO2……（5） 将方程（2）、（3）、（4）代入方程（1）得： ［TA］=［CO2］（［H］k1+2k1k2）/［H］^2+kW/［H］-［H］ 整理得： ［H］^3+［TA］［H］^2-（［CO2］k1+kW）［H］-2［CO2］k1k2=0……（6） 解出上述一元三次方程中［H］，pH=-log［H］。 在方程6中可以见到，［H］的浓度变化是随着［CO2］而变化的。白天浮游植物光合作用吸收水体中的二氧化碳的速度大于水体中各种生物呼吸产生的二氧化碳，造成水体的二氧化碳的浓度降低，为了维持方程两边的平衡，［H］浓度相应降低，pH上升。夜间或阴天光合作用停止或下降，呼吸作用产生二氧化碳的速度大于二氧化碳的消耗，造成水体中二氧化碳的浓度上升，为了维持方程两边的平衡，［H］浓度相应增加，pH下降。这就是池塘水体pH24小时的变化模式。 其次，单位二氧化碳变化所引起的pH变化幅度取决于总碱度的浓度，总碱度越高，pH变化幅度越小。也就是说，总碱度对pH有比较强的缓冲作用。 当水体中的二氧化碳浓度等于k0pCO2，即水体中的二氧化碳浓度与大气二氧化碳浓度平衡时，水体的pH就是pH原点。即（方程5代入方程6）有 ［H］^3+［TA］［H］^2-（k0pCO2k1+kW）［H］-2k0pCO2k1k2=0……（7） 需要说明的是，方程中的所有参数，k0、k1、k2、kW都是盐度和温度的函数，也就是说，盐度和温度不同，上述参数的值都不同（可查表）。其次，很多论文上大气二氧化碳平均浓度是按350ppm计算的，但由于近年来大气二氧化碳浓度上升，根据网络资料，目前全球大气二氧化碳的平均浓度是400ppm。 下接：林文辉谈水质底质：养鱼养虾必看基础好文！（2）
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