基础知识天然水的化学成分

1、淡水养殖水化学第一章基础知识第一节天然水的化学成分水产养殖生产虽有多种方式。如大水面天然增殖、池塘精养、高密度流水养鱼、循环过滤工厂化养鱼等，它们所用的水源，归根到底都来自天然水，水中的化学成分决定了所用天然水的水质。因此，对天然水的化学成分必须有基本的了解，这对我们认识养殖水体的水质特点是十分重要的。一、天然水水质的复杂多变性我们知道，水是良好的溶剂，绝对不溶于水的物质是没有的。自然界中的水是在不断地循环变化，水在阳光照射下不断地从江河、湖泊、海洋中蒸发，在高空冷凝成为雨或雪降落到地面，以地面径流或渗流形式，重新回到江河、湖泊、海洋，然后再蒸发、冷凝下降至地面，如此川流不息、循环交换不已。在

2、循环过程中水与各种物质接触、作用，使之溶解或悬浮于水中。因此各种天然水不是纯水，而具有复杂的组成、多变的特点。主要表现在以下几方面：水中溶存的物质，种类繁多，数量悬殊，在人们迄今已知的107种元素中，在天然水中检出的已有80多种。这些成分的含量差别很大，例如海水中的Cl一离子含量高达10209/Io,铜的含量只有约o.003mg/L，钉的含量更少，不到10-179/L。2水中溶存物质的存在形式多种多样，就物质在水中分散粒径来说，大小相差可达六个数量级以上，小的仅几个埃，以真溶液存在。大的在数百微米以上，构成多相体系。在溶液中有低分子物质，也有高分子物质，它们可以成单个的离子、分子、离子对、无机

3、络合物，有机螯合物等多种形式存在，它们通过化学反应以及吸附、交换、共沉淀等界面作用可转为胶体或粗分散粒子。即使是同一元素在同一水体内，其存在形式也可以是多种多样的。值得注意的是，同一元素以不同形式存在时，对生物的影响可以完全不同。有的是有益的，称为“有效形式”；有的是有害的，称为“有害形式”。例如氮以No存在时，多数浮游植物不能利用，数量多时可能使鱼苗得气泡病；以NH。存在时。浮游植物可以吸收利用，是有益的，对鱼类及其他动物则有毒害作用。3.水中溶存的物质，不论是质与量的组成，还是分散状态、存在形式，都是在不断运动变化的，有些变化可使水中某些物质浓度增大.称为“增补作用”。若增补来自水体内部，

4、则称为“再生”；若增补来自水体之外，则称为“输入”或“流进”。相反，有些变化会使水中某些物质浓度减小.称为“消耗作用”。离开水体而去的消耗称为“输出”或流失。水体内部的消耗作用，包括有益的吸收利用和无益的消耗浪费。如果增补作用与消耗作用速度达到相等，即达到动态平衡。此时所述有关物质的浓度可保持相对稳定，相当于生态学上的一种“恒稳状态”，可称为稳态平衡。这种平衡与一切化学平衡一样。是在一定条件下建立起来的暂时的、相对的平衡。一旦条件改变，旧的稳态平衡随之破坏，并在新的条件下建立新的稳态平衡。由于这种矛盾运动的不断进行，可使水中任一溶存物质的实际浓度都处于不断运动变化之中.一天24h不同.一年四季

5、不同，前青称为。周日变化”后者称为“周年变化”或“季节变化”。同一水体的不同水层、水区的水质也可不同，前者称为“垂直分布”，后者称为“水平分布”。以上所述是天然水水质的一些共性。不同地区的天然水体，由于所处自然地理条件不同所受的影响也不佯。所以它们的复杂多变性常常还各有自己的特点，即所谓的地方色彩，必须具体调查分析。水产养殖加盟二、天然水中的常见化学成分尽管天然水中的化学成分是复杂多变的，但在了解水中的化学成分时，还是有一定规律可循。在与生物有关的水化学研究中，人们常根据各种天然水所含主要成分大体相同以及对水生生物影响的一些共性，把天然水中的化学成分大体分为六类。1溶解气体o：、N：、c()。

6、等。2主要离子包括四种阳离子和四种阴离f：Ca”、Mg”、Na+、Kr、HCO；、CO、SOi、Cl。3营养盐类包括三种无机氮化合物.即NO。、NO：、NHi.磷酸盐、硅酸盐、铁等。4有机物质指溶解的悬浮的各种有机物质.包括淀粉、脂肪、蛋白质及其不完全分解的产物等，还包括腐植质类物质等、5pH是表示水的酸碱性的指标、它是重要的水化因子和生态因子.对生物和水质有着重要影响、6工业污染物随着工业的发展，各种工业废物进入天然水体的量日益增多，汞、镉、铬、铅、砷、酚及氰化物等都是天然水中常见的工业污染物、随着人们对环境保护工作的重视，这类有毒有害物质进入水体的量将逐渐减少、三、天然水化学成分的主要来源

7、天然水中的各种化学成分主要来自以下几个方面、从空气中溶解，空气中的各种成分可以通过气一液界面溶于水中.这一作用对大气降水的化学组成影响很大，1000ml雨水在下落的过程中可洗涤约33Xlol空气，空气中的成分将大量溶于水中、除Nz、()、等接近饱和外，还含有S()i、CI、Caz+、Mg、K+、Na+以及N()。、NQ2等、大气降水的总含盐量般在数十mg/loo对岩石、土壤的溶滤作用水与土壤、岩石接触，可将其中可溶组分溶解、在沉积岩内，常含有多量NaCI、CaSO.2H：O、CaC()、Mg(O、等，前二者本身可溶于水中，后二者当水中有COz存在时可转变为易溶的酸式盐。各种长石经风化后也会生成

8、易溶成分：Na20A1203、6Si()：+5H?【)一一2NaHSi()、+2H2SiO.；+AI：032SiO22HzONa20、Al2()36Si()2+2C0z+3H202NaHC()、+4Si02+A12032SiO2；2H:()Ca()、2Alz()o4Si()2+2C02+5Hz0+Ca(HC()3)2+2(A12032SiO2.2H20)土壤中含有许多可溶性无机盐及有机物质。某些干旱地区的土壤含易溶盐分很高，与这种土壤接触的水，含盐量就相对较高。3水中生物的分泌排泄和微生物的分解转化作用水生生物在其生命活动过程中，要不断分泌排泄其代谢产物生物死亡后的尸体会被微生物分解并再合成、

9、这是水中有机物、氮、磷等营养物质的主要来源。4离子的交换吸附作用天然水中存在着粘上、腐殖质等胶态、悬浮态微粒，它们带有负电荷，其表面吸附着一些可以代换下来的阳离子。腐殖质胶体的交换容量。较大，一般可达150700mmol/1009、矿物胶体的交换容量较小，一般约有1080mmol/1009、交换吸附作用是可逆的过程，进行到该条件下达到平衡为止。例如，酸性土壤胶粒所具有的可交换性阳离子中H+、Al”较多，当水中其他阳离子浓度增大时；会依下式把H+、A13+交换解吸，使水中H、离子浓度增大：/H+Ca2+/Caz+l黏土或胶粒l+K+I黏土或胶粒lK+H+A13+Al3,NaNa又如.盐碱土所具有

10、的可交换性阳离子中Na较多，当水中C():浓度增大时.可依下式进行交换吸附：NaH圆+茹。一匝蔷弋2N然Na4H+不同的离子被吸附的难易程度不同。一般首先决定于它的电价，电价越高的离子越易被吸附。电价相同时，离子半径大(水化离于半径小)的易被吸附。其他条件相同时，阳离子被土壤胶粒吸附的顺序是:Fe3Al3+HCa24M92+KNH?Na带正电荷的胶粒则具有可交换的阳离子。阴离子被带正电荷的胶粒吸附的顺序是:C2(。)：C。Ho()；HP()：s()；2CIN()j第二节天然水的一些物理性质一、水的热学性质水是热的不良导体如果不发生流转混合，热鲢由水体的一端传递到另一端的速度是极慢的。热容：在所

11、有固体和液体中，水的热容最高(除氨外)。熔化潜热：在所有固体和液体中水的溶化潜热最高(除氨外)。蒸发潜热：在所有物质中水的蒸发潜热最人。上述热学性质对稳定水温有积极作用.对水牛生物是有利的。热膨胀：一般液体都是热胀冷缩的温度升高密度变小温度降低密度变大冷至凝固则密度最大。水与水溶液的情况则较复杂.详如图卜1和图1_2所示：由图可知，纯水冰点为o(.最大密度H寸的温度为4C(3.98().由4C起升温或降温密度均逐渐变小，即4(、以上，水足“热胀冷缩”的.4(、以下，水是“冷胀热缩”的。含盐分的天然水.冰点和最大密度时的温度部随盐度的增加而下降。最大密度时的温度随盐度的增加而下降得快，冰点随盐度

12、增加下降得慢.两线相交r盐度为24.7%。温度为一1.35C处.即盐度为24.7%。的水，它的最大密度时的温度与冰点相同.均为一1.35Co盐度小于24.7%的水，最大密度时的温度高于冰点，由最大密度时的温度开始.不管是升温，-相当于loog干物质所具有的可交换阳离子的总量(以毫摩为单位)称为该物质的交换容量。还是降温，密度均逐渐变小。由于这一特点，盐度小于24.7%的各种天然水体，当温度降至凝固点，结冰都是从水表面开始，底层水温仍在冰点之上。这时对鱼类的越冬是有利的。二、水的透辐射性质和水的透明度水的透辐射性质抵达水面的太阳辐射，一部分被水面反射，回到大气中，一部分进入水体，被水吸收或向深处

13、透入。影响进入水体内部的有效太阳辐射能的主要因素是：1抵达水面的太阳辐射总量这又与云层覆盖程度、海拔高度、纬度、日长等有关。2水面对光的反射性主要与太阳的高度角（指太阳光线与地平面的夹角）有关。太阳高度角较大（30。以上），因水面反射而损失的太阳辐射能很小。太阳高度角小于30。，随高度角减小。反射损失的太阳辐射能迅速增加。太阳位于天顶时，98的太阳辐射可穿过水面进入水体。若太阳位于地平线附近，则几乎全部太阳辐射被水面反射。可见早晨和傍晚被水面反射损失的阳光较多，进入水中的阳光能量较少，水中的“白天”远没有大气中的白天那么长久。水面有波浪时会影响水面对光的反射性。太阳高度角较大时，波浪会增加反射

14、损失。太阳接近地平线时，波浪则使反射损失减小。水体的浑浊度悬浮在水中的黏土粒子、有机碎屑、浮游生物、微生物、各种沉淀及絮凝物，都能形成浑浊度。浑浊度高，光的吸收、散射损失也大。进入水体的太阳辐射，一部分被水吸收，一部分被悬浮微粒吸收或散射，一部分继续向深处穿透。透过水面进入水体内部的光能随穿透径（水深）增加而衰减。图13表示了光在穿透清洁水时能量随深度的相对变化。太阳辐射线中，红外线、紫外线最容易被水吸收，能量衰减很快，大部分能量在表水层被吸收消耗，如图13中的曲线a、b。水对可见光的吸收较弱，其中穿透能力最强的是蓝绿色光，其光随深度增加衰减很慢（曲线d）。而红色光的衰减则快得多（曲线c）。若

15、水的浑浊度较大，则光随深度的衰减得更快。有人研究得出，照射到湖面的太阳辐射能量的80被表面1m厚的水层所吸收，并且大部分能量消耗在最表面的20cm水层中，这些辐射能被吸收后转变为热能，使表层水温升高。若无风，太阳辐射只能加热表层水，对深层水432lOl52345I）.鹫赠的温度影响很小。上述水的透辐射性质，对水中浮游植物可能产生以下三种影响：（1）光抑制区：光强过高，抑制浮游植物生长。在光照强的白天，最表水层可发生这一情况。（2）光适宜区：光强适宜，在其他条件合适时，浮游植物可以饱和速度进行光合作用。日照强烈的次表水层，阴天或日照不强的最表水层，多属这种情况。（3）光限制区：光强太弱，即使其他

16、条件适宜，植物也无法生长。（二）水的透明度把透明度板（直径为20cm的黑白相间的圆盘）沉入水中，至恰好看不见板面的白色，此时水的深度即为透明度。透明度是进入水体内的阳光能量大小的一种量度，也是水体内能量流动的能源大小的一种量度。不同水体，由于影响进入水体内的有效太阳辐射的因素互不相同，它们的透明度可以相差很远，小的不足20cm，大的可达lOm左右。经验表明：透明度深度下的照度，仅为水面照度的15左右。光辐射能量相对值）在表水层，阳光充足，植物可正常生长，图13光辐射能量在水中的衰减动物所需的有机营养主要在这一水层内生成，称为营养生成层。底水层，光强不足或没有光线，植物不能正常生长，有机营养不能

17、合成积累，相反地，有机营养物质被分解消耗，称为营养分解层。在营养生成层与营养分解层之间的某一深度。有机营养的合成量与分解量大体相等，称为“补偿点”，相应的水深称为“补偿深度”，约为透明度的两倍。显然，在营养生成层与营养分解层内进行着不同的化学反应，这是导致天然水体内化学成分垂直分布不均一的重要原因。第三节天然水体的流转混合及温度分布一、水的混合作用在天然水体内，水的混合作用可分为因密度不同引起的自动混合和因风力引起的强制混合两种。水的自动混合作用是指表层水密度增大，与密度较小的下层水之间发生对流交换作用。表层水密度增大，是由于温度下降（水温大于4C）或温度上升（水温小于4C）所引起。这种因上下

18、水层的密度差而引起的自动混合又称为“密度环流”。湖水或池塘水在升温或降温时期，都是岸四周的浅水区变化人。降温时期岸边水先冷却，若在4C以上，密度增大，会形成如图14所示的环流。4（：以卜的水在升温时期，也有类似的环流形成。这是简单的模式，具体情况不同所形成的环流状况也不同。在自然条件下。纯密度环流较少发生，常伴有风力作用的参与。在风的吹拂下，会形成如图15所示的风动环流。在风力作用下，表层水随风力方向运动。造成迎风岸的水l二涨.背风岸的水F落.由水位差的作用又使下层水向相反方向流动，从而使不同水层的水发生所谓强制混合作用。若风力不大，只造成部分流转混合，当风力很火时.则流转混合较为彻底。二、天

19、然水体内的热分层和季节变化我国北方地区一些较深的湖泊、水库等相对静止的水体，水温的垂一分布有典型的季节特征：夏季水温上层高、下层低，呈温度的正分布；冬季水温下层高、上层低，呈温度的逆分布；春秋两季是表底水层温度近于相同时期（称为全同温期）。下面分别加以讨论。冬季的逆分层期我国北方地区的湖泊、水库在冬季都可封冻，表层被一定厚度的冰层覆盖，紧贴冰下的水温为。（.、，随着深度增人温度略有增加1，到底层为/lCo也可能是23C或更低些。于水温是上层低下层高，称为温度的逆分布。此时温度随深度的变化是缓慢的.故无明显的分层现象。春季全同温期春季气温回升.大地转暖。水面冰层融化后，在太阳辐射下.被加热的表层

20、水温度向4（、方向升高，其密度大r温度较低的下层水，产生密度环流混合作用直到上下层水温均为4C，密度环流停止，故称为“全同温期”。春季一般多风，当达到全同温后，风力的强制混合作用易将整个水体彻底混合。如果一边刮风一边受阳光的照射，则水体上层被加热的水可不断地与下层水混合，使上下水层同时升温。所以春季的全同温期不仅限于4（.而是呵以延续到4C以上.例如10C,15C等，视风力及湖盆形状而定。春季的全同温期，对养殖水体中的鱼类及饵料生物都是有利的。夏季正分层期（停滞期）夏季是温度持续向4（以上二升高的时期。在阳光照射下，被加热的表层水难于将其热量传递到下层，如果在这一时期内无风或少风，天气晴朗，则

21、水体表层温度能很快上升，使上下水层温度差增大，密度差也增大，上轻下重.呈现温度的正分布。此时在表底水层之间常会出现“温跃层”.即在表底水层间某一深度处，水深改变不大而水温迅速下降的水层。由于表底水层温度相差较大，上轻下重，水体很难自由流转混合，所以这一时期的水体称为“停滞分层期”。在温跃层以上的水层温度高，温度随深度变化不大1在温跃层以下的水层温度低，温度随深度的变化也不大。如图16b所示的典型情况。底层水温不一定是4C。经常是高于4C.这具体决定于春季全同温期所延续的温度。温跃层形成后，风力的强制混合作用只能在温跃层以上进行，而不能混合到底。风力增大，强制混合的深度加大，温跃层则会向下移；当

22、风力足够大时，温跃层可能消失。深而狭窄、岸高且多树的水体，在夏季连续多日无风或仅有微风的日子里，容易形成温跃层。温跃层就象一个屏障，把上下水层隔开，上下水层中的物质得不到交换，久而久之，上下水层中的化学成分可能有很大差异。这种情况会影响鱼产力。对养殖生产不利。图17是辽宁大伙房水库大坝西侧水温的垂直分布，从图中可见，在1418m间有一个温跃层。图18是无锡市河埒大队的一个小鱼池的水温垂直分布与时间的关系，从图中可见，水的对流交换只能进行到80cm深处。80cm以下的水温在1天之中基本没变化，这一水层的水温随深度增加迅速下降，即所谓的温跃层，只不过由于池水较浅，温跃层以下的深水层不存在。秋季全同

23、温期秋季天气转凉.表层水温向4C方向下降密度增大，变重下沉，次表水层则对流上升，发生部分流转混合。若表层水温继续下降到等于或低于底层水温，则表底水层密度差消失，甚至上重下轻，使表底水层对流混合，或在风的吹动下，完全流转混合从而使整个水体温度一一致.也呈全同温流转状态。如图16c所示。我国南方地区的一些湖泊、水库、池塘全年水温都在4C以上因此，只存在4C以上的正分层及流转混合。一般说来春、夏趋于正分层，秋、冬趋于流转混合。在温度剧烈变化的日子里，水的分层及流转混合，还可在1天内交替出现：白天趋于正分层，晚上趋于流转混合。水的分层及流转，对于水的化学成分的分布、变化影响极大。水分层时，水化学成分也

24、垂直分层。水体流转时。水化学成分垂直分布趋于均一。因此了解水体分层及流转情况，是掌握水化学成分分布特点的重要依据。经常测定记录不同水层的水温变化，是了解水体分层或流转状况的有效方法。第二章主要离子水中溶存数量多的离子称为主要离：f。各类天然水中的主要离子有Ca2+、Mgz+、Na+、K+、tCOf、CO；。、SO；一、Cr等，它们构成的盐类约占水中溶解盐类总量的90以上。在各类天然水中含盐量及主要离子的比例关系有很大差别。在多数淡水中.阳离子以C2为主，阴离子以HCOi为主.而在海水巾.阴离子则以Cl为主。各主要离子含量。若以“mmol/L”为单位(一价离子以“离子”为基本单元，二价离子以“1

25、2离子”为基本单元)表示时，则四种主要阳离子之和与四种主要阴离子之和有近似相等的关系即：工Na十K+叶Ca：十Mg：YH【：0。+(：()+S()：+Cr天然水中的主要离子主要来自上壤、岩石及有关矿物。众所周知几乎所有钾盐、钠盐、大多数硫酸盐、金属氯化物和重碳酸盐都易溶于水。这些盐类在自然界中分布极广，例如沉积岩特别是海成沉积岩内，常含多量NaCl、CaS()。2I_tzO、CaCO。、MgC()。等.前两者可溶于水中，后二者在C()：存在时，可转变为易溶的重碳酸盐：Ca(：(J。+(：()2+H：()=Ca(IICO。)：MgC()、+C()2十H：()一Mg(HC()二)2盐碱土中含多量N

26、aCI、Na、C()。，均易溶于水、各种长石经风化后可以形成高岭土及可溶性碳酸盐类。例如：Kz()人12()、6Si()2+2C()2+3H202Kt_I【：(J3+4Si()2+H人12Si20、一些重金属硫化物经氧化风化后，也可变为易溶成分。例如：PbS+202一PbS()；CuFeS2+4()zCuS()4+FeS()l2FeSz+7()2+2H2()=2FeS()+2H2S()天然水在不断循环运动过程中，流经各种土壤、岩石及矿物，与之接触时上述易溶物质溶进水中，并电离成K。、Na。、Ca2、M92+、I-IC()“CO、Cl一、S()才，成为水中主要离子、与此同时，一些水合氧化铝、水合

27、氧化铁、水合氧化硅以及铝硅酸盐、矿物微粒也被带进水中，成为水中矿物胶体的主要来源、水中主要离子的动态主要决定于各种非生物因素(地质、地理条件、蒸发与降水强度，结冰、融冰情况，水源补给以及物质本身的理化特点)，生物影响是次要的、其一般倾向是：多雨潮湿地区，水中含盐量较低；干旱地区，水中含盐量较高、且因Caz、Mg+的碳酸盐、硫酸盐的溶解度较小，过饱和后即行析出，故水中主要离子相对比例亦发生变化、阳离子由Ca2+为主过渡到以Na为主，阴离子由HC()、为丰过渡到以Cl为主、对具体水体而言，若水源补给以雨水或冰雪融化为主，则含盐量较低；若以地下水补给为主，则含盐量较高、但水质情况较复杂与当地地质条件

28、关系极大、受海水影响的淡水水体，含盐量显著增大、淡水中的主要离子除HCOf、C()；一外，大多为没有规律性的昼夜变化和季节变化，只是在集中降水时，表层水含盐量有所减小，强烈蒸发时，表层水含盐量有所增多、两种情况都会导致垂直方向出现小的浓度梯度，主要离子则沿浓度梯度方向由高向低扩散迁移当水体流转时，梯度很快消失，分布重新均一、一些水体，在各补给水质水源不同时，主要离子的水平分布与垂直分布也可不均一、例如一条河流的同一断面上，河中心与有交流的沿岸，主要离子互不相同I同一湖泊、水库的不同水源入口处，主要离子常有差别、利用这些特点，可以推测各种补给水源对水体的影响程度、各主要离子的水化特点、规律及其对

29、水质与养殖生产的影响，在下面分节进行讨论、第一节主要阴离子一、碳酸盐与I碳酸盐天然水中C()；一和HCOf，这两种主要离子所成盐类前者称为、碳酸盐”，后者称为“重碳酸盐”、Coj一、HCOf的来源主要有：土壤、岩石中碳酸盐矿物的溶解或岩石的风化l大气中CO、的溶解转化I有机物的分解矿化；生物的呼吸作用l水源补给等、col一的盐类，除钾、钠、铵盐易溶于水外，其他大都难溶于水、在天然水中，真正以自由离子存在的COg一甚少，大都以Ca2+Co；一、M92+C0；等离子对形式存在、HCO；的盐类易溶于水.在天然水中，HCOf大都以自由离子形式存在、若水中有Cu2+等副族金属离子存在，则相当大部分Co；

30、一、HCO；可与它们形成络合物，如CuCOs、Cu(C0、)、)2等形式、天然水体内的二氧化碳平衡系统HCO、和cog一是构成水中二氧化碳平衡的重要成分、上述五个平衡是相互联系，相互制约的、当它们的平衡条件都同时得到满足时，就可以建立起如图21所示的二氧化碳平衡系统、若某个平衡的平衡条件发生改变，则二氧化碳平衡系统被破坏，平衡则将向某一方向移动.引起一系列改变、例如，气态COz的溶解或逸散I难溶碳酸盐沉淀的生成或沉淀的溶解lpH变化；COz、HCOf、Co；的相互转变，从而影响到水的碱度、硬度、缓冲性、有效碳、pH以及重金属的毒性等、在平衡系统中，溶解CO、与H、CO、合称为游离二氧化碳，记作

31、“Coz”。HCOi-、cog一则称为结合二氧化碳、两者之和称为、总二氧化碳”，记作、EC0z”，即：Eco：=Cco：)+HC0f+C0；式中(表示物质的量的浓度。CO：、HCOf、CO：三者的相对含量，主要与pH有关，它们的关系如表21所示。c02汽青；溶解I气相水合C02(溶解)；圭喧HzCCh液相况：pH4.0时，只有C02；pH12.0时，只有col；pH=83时-几乎只有HCOfIpH4.o8.3之间.CO。-qHCOf共存；pH8.312.0之间，HCO；qCO，2一共存。因此，改变pH可使二氧化碳平衡系统发生移动。当然，改变COz、HCO；-、col一、Ca2+、M92+等物质

32、的浓度，也可使平衡系统移动。水的碱度概念水的碱度是指水中能与强酸相作用的物质的量。造成碱度的物质归纳起来有如下三类：强碱：如NaOH、Ca(OH)2等。弱碱：如氨、有机碱等。弱酸盐：如重碳酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物、腐植酸盐等。天然水的碱度，一般认为主要是由CO；、HCO；-、OH一构成的。前二者构成的碱度分别称为。碳酸盐碱度一、“重碳酸盐碱度”，OH一构成的碱度称为“氢氧化物碱度”。在天然水正常pH条件下IOH一的浓度与HCOf、CO；相比太小，故水的碱度主要是指HCOi-、cog一的量。二者之和称为总碱度。碱度的单位：mmol/L(重碳酸盐碱度以。HCOi-”为基本单元，碳酸盐碱

33、度以专co；为基本单元)。mgCaCO。IL,德国度(io=10mg/LCaO)。三种单位的换算：1ramoi/L=50.05mg/LCaC03=2.804。德国度碱度的变化天然水体内碱度的改变，主要与一些生物学过程有关表22各种生物学过程对水的碱度的影响生物学过程对于养殖水体，上述诸因素中以碳的同化、生物呼吸及有机物分解矿化作用对碱度的影响最大。当碳的同化消耗Co：的速率超过(：()：的补给速率时，植物光合作用将从f-IC()。中夺取C【)。.使下式平衡向右移动：Ca2+2HC()。列?aC()+C()2+H：()于是水的总碱度减小。当水中CO：补给速率超过消耗速率时，水中CO：聚集浓度增大

34、，使上述平衡向左移动.于是总碱度增大。由于光合作用只在白天进行晚上只有呼吸作用和有机物的分解，所以碱度的大小有较明显的昼夜变化和垂直分布不均一现象。生物过程越强烈，水的碱度变化越明显。对于大水体，碱度的日变化一般不十分明显而年变化则可能比较显著，一般是冬季碱度较高j夏、秋两季则较低。值得指出的足在干旱地区，由于蒸发浓缩使池水碱度增大，这是不可忽视的，特别是对于碱度本来就较大的水体，这种作用有可能引起池鱼的死亡而造成损失。碱度与鱼类养殖的关系碱度是一项重要的水质指标跟鱼类养殖有着密切关系。1碱度与鱼产力的关系碱度与鱼产力的关系有许多人进行过调查研究。由于鱼池的条件和养殖的对象不同，各人研究得出的

35、碱度指标也有些不同。莫尔研究得出：总碱度0.4mmol/L勾低产，o.4o.8mmol/L为低一一中产，o.88mmol/L为中高产.1.8retool/I。以一f：的鱼池则发现全部是高产。巴纳杰则认为：总碱度小j：().4mmol，可认为是低产的肯定指标，总碱度在o.4mmol/L以上则未发现莫尔所指出的觇律。原因被认为是：此时抑制产量的.主要不是碱度，而是其他因素。休特在他著的养鱼教科书中总结的数字足：总碱度小于o.Jmmol/l。时.生产力极低；o.10.3mmol/L时，生产力低；o.31.5mmol/L时，生产力一般；大于1.5mmol/L时，生产力高，直到3.5mmol/L,生产力

36、随总碱度增大同步提高；总碱度大于3.5mmol/l。，效果也不好。会抑制生物生长。由上述数字可知.尽管各人研究结果不一致。但总碱度小产埴就低是共同的结论。碱度对水质的影响对养殖用水缓冲作用的影响：总碱度较大町使水的pH保持相对稳定。调节C()：的供需关系：碱度是C【)。的储源，当光合作用强烈H寸.它可供给CO：；在呼吸作用强烈，C()：过剩时，它又可储存L：()：可降低重金属的毒性：tCOi、COr可与许多重金属离子形成稳定的碳酸盐络合物.使游离金属离子浓度减小.从而降低了重金属对水中生物的毒性。例如，有人研究铜对大型搔的毒性时证实：铜的有毒化学形式是cu“、Cu()H)1。可是在湖水碱度足够

37、大时(42511mg/。ICaCO。，pH7.9士1).加入水中的Cu”，约有90%转化为碳酸盐络合物(主要为CuCO。、Cu(Co。)；)形式存在，有毒的Cu2十、Cu()H)+实际浓度很小，因而其毒性大大降低。在使用重金属盐类防治鱼病时使用剂量相同，但效果则各地反映不一，这很可能与水中的碱度有关。碱度的毒性实验研究指出：碱度越高的水对许多鱼有毒，在一定碱度下，pH越高.毒性越大。表23是用自鲢鱼种做实验所得的部分结果。从表2.3中的数据可知，pH对碱度的毒性影响很大。受试鱼放入pH高、碱度也高的水中.其体表迅速分泌大量粘液，鳃出血.很快死亡。在碱度适中，不致使受试鱼迅速死亡的情况下，受试鱼

38、有缺氧的征兆，而实际上水中并不缺氧。从现象分析，这是碱度过高会腐蚀鱼鳃和皮肤所致。从对一些内陆湖泊的调查数据也可看出碱度对鱼的毒性。由表24可知，碱度为16.49mmol/L，pH9.03时.白鲢、草鱼、鳊鱼能生长，碱度为30.231.8mmol/L、pH9.29.4时。鲢、鳙已不能生存，碱度再增加.则鲤鱼也不能生存了。根据室内试验与野外调查结果.可得出下列鱼的耐碱度次序(依次减小)：青海湖裸鲤瓦氏雅罗鱼鲫鱼鲤鱼、尼罗罗非鱼草鱼鳙、梭、鲢。我国的渔业水质标准中，对碱度未作规定。苏联对池塘养鱼的水质要求.规定总碱度为82.Ommol/L。无锡河埒大队鱼池水的总碱度为2.53.5mmol/I。根据

39、碱度的作用.1C和参考上述指标，对养鱼池水的总碱度的基本要求。建议以13mmol/L为宜，最高以不超过10mmoi/L为好。二、硫酸盐与硫化物硫酸盐SO；一是养殖水体中的主要阴离子。其主要来源有：土壤、岩石中含硫化物的溶解。沉积岩中的石膏组分CaSO。1zO可直接溶于水中。一些金属硫化物氧化后生成可溶性硫酸盐，例如：2FeS+702+2H20=2FeS（）+2H2SO12S（）.十CaC03=CaS0+C02+l_tzO（2）水源补给。由于烧煤及含硫工业废气和海风带来的海盐的影响，使雨水中含有少量SO：一（13mg/I。左右）。地下水，特别是温泉、矿泉水中常含多量SO：（可达129/L）。海水

40、中SO：一含量更高，为2.59/I。以上。若养殖水体以雨、雪水补给为主，则SO：含量较少；若由地下水补给或受海水影响，则SO：含量较高。此外，人工施肥（如肥田粉），工业废水或生活污水的污染等，也是养殖水体中SO：一的来源。总之，水中SO：一的含量主要是由地质、水文条件决定，而与生物的关系不大。硫是藻类必须的营养元素，细胞分裂尤其需要硫。藻类通过吸收SOi一而获得生命活动中必须的硫，但需量不大，而SOi一又是天然水中主要阴离子之一，数量较多，故作为营养物质，养殖水体一般都不缺乏它。SO：一本身无毒，含量多一些一般也无害。有人用添加Na：SO.做试验得出，SO：对白鲢鱼种的安全浓度为5.69/I。

41、（二）硫在水中的循环在不同条件下，由于微生物的作用，硫元素在水体内可以发生不同形态的硫之间的转化。在含有氧的环境中，硫细菌可使元素硫或还原态硫（包括硫化物及硫化氢、亚硫酸盐、硫代硫酸盐）氧化为硫或硫酸盐。在缺氧环境中，SOi一可被细菌还原为硫化物。这一过程称为反硫化作用。可表示如下：SO：一+有机物j堕掣sz+CO：+I_tzOS2+2H+一H，S若以乙酸为例，则可表示为：CI13COO+Na2SO硫酸盐还原菌缺02Na2C03+H2S+C02+H20反硫化作用的条件是：（1）缺氧：一些调查指出，在溶氧浓度大于o.16rag/l_，时，反硫化作用便停止。即使有H。s,也会被溶氧氧化成s（亦可能

42、生成SO；、$20；、SOj）。某些金属离子能催化这一氧化过程，催化活性顺序为：Ni2+C02+Mn2+Cu2+Fe2+Ca2+、M92+（2）有丰富的有机物：硫酸盐还原菌是利用SO：一氧化有机物（SO：则被还原为H：S）而获得其生命活动所需的能量，在其他条件相同时，有机物越多，被还原为H。S的SO：也就越多。（3）有丰富的SO：。化学沉淀或吸附沉淀作用Fe2+、Fe3+可使硫化物转化为沉淀：2Fe3+S2一=2Fe2+SJrFe2+S2=FeSJr或：2Fe3+H2S=2Fe2+S、+2H+Fe2+H2S=FeS+2H+CaCO。颗粒表面还可以吸附SOj一，共同沉积水底。SO：一的同化及蛋白

43、质分解氧化作用藻类吸收利用so：一，合成其体内蛋白质。水中蛋白质在微生物作用下，可分解氧化为SOi一。上述各种转化，构成了水中硫的动态循环。图22水体内硫循环（三）硫化氢的毒性及管理原则硫化物在水中有s卜、Hs一、H。S三种存在形式，并且按下式相互转化：tzS罕=曼H+HSHS一；=!H+S2三种形式硫化物之和称为总硫化物。各种形式硫化物在总硫化物中占的比例，决定于水的pH,如表25所示。寰25不同pH时.各种形式麓化物的平青含量比（mol吖丫）由表25可见，pH在10以下，S2一的平衡含量均在o.01%以下。所以天然水中的硫化物主要以H。S及HS一两种形式存在。pH6,几乎都以H：S形式存在

44、，pH在9以上，几乎都以HS一形式存在。H。S对鱼类和其他水生生物极毒。美国环境保护署发表的资料指出：（1）7种鱼159次急性中毒试验结果表明:幼鱼的最低致死浓度，红鳟最低，仅为0.0087mg/LHOS；最高为金鱼，0.084mg/I.H：S。并且鱼苗阶段比幼鱼阶段更敏感。（2）对八种无脊椎动物96次急性中毒试验发现：96hLcs。为0.0201.070mg/LH2S。（3）7种鱼29次慢性中毒试验（825日）结果表明：最大安全浓度为0.0004（蓝鳃鱼）0.0100（金鱼）mg/I。H2So（4）8种无脊椎动物9次慢性中毒试验（138日）表明：最大安全浓度为000120.0152mg/I。

45、H2S。由此可见，H：S对鱼类及其他水生生物有强烈的毒性。在总硫化物一定，pH下降，HzS增多，毒性也随之增强。针对上述情况，有些国家的渔业水质标准规定。渔业用水中不得含硫化物。然而，从鱼池及高度富营养化湖泊条件看。夏季底层水及沉积物中.大都具备生成硫化物及HzS的条件，这个季节正是鱼类迅速生长时期.若有H：s生成、积累，对高产十分不利必须尽量防止。防止HoS的生成及其毒害作用的措施：促进水体流转混合，打破其分层停滞状态.避免底泥、底层水发展为厌气状态。最好保持底质、底层水呈中性或微碱性（pH在8左右）。为此可施用石灰肥料。尽量避免底质、底层水呈酸性。施用铁剂，提高底质含铁量，提高底层水中Fe

46、浓度。这样即使有Hzs生成，也可使之转化为无毒的FeS固定在底泥中，不致在水中积累为害。可用的铁剂较多国外有专用制品出售，例如，日本有一种用于改良底质的铁剂名为曼肯含氧化铁3461%、氧化钙6.05%、硅酸38.54%、锰4.27%、其他16.53%。我国民间有人用红土、黄t含铁丰富，也可算是一种铁剂。一些含铁丰富的矿渣，如褐铁矿、沼铁矿、铁矾土等的矿渣，不但经济，也有效，值得试验摸索。避免大量S（）2_M入养殖水体。CI是天然水中普遍存在的主要阴离子，但有的水中含CI很少，每升水中只含有数毫克，甚至不到lmg（如四；II九寨沟各湖泊水）。在高含盐量的水中，CI则是阴离子中含量最多的离子。例如

47、盐度为35%。的海水。CI含量为17%n，几乎占盐分总量的一半。有的湖水Cl-含量达1709/L或更多。潮湿多雨地区.水中含Cr较少，干旱地区和滨海地区，水中Cl含量则较高。天然水体内CI一的主要来源有：沉积岩中巨大的食盐矿床的溶解。火成岩的风化和火山喷发火成岩中含氯矿物主要是氯磷灰石Cao（P（），LCI和方钠石NaAISiONaCI:人类活动。每人每天消耗食盐约109.这些氯化物有相当大部分随生活污水及粪便进入水体；海风、降雨以及泉水补给或污染。一切光合藻类都需要Cl，但需要量极少。水中CI一的含量及动态，与水中生物活动关系不大，主要由地理、地质、气象条件决定，保守性很强。人们常利用这一特

48、点，通过测定cl一含量，以推测水体污染来源补给特点，判断水团流动情况。CI一无毒.渔业用水对其含量无多大要求，允许在较大幅度范围内变动。对养鲤池，C卜在49/1。以F的水都可以采用，超过此值，鲤鱼的孵化率降低，含CI超过79/L则不能孵化。CI一可与某些重金属离子形成稳定络合物。因此，水中Cl-含量增加.可使一些难溶重金属化合物的溶解度显著增大。例如.当cl一浓度为3.5ppm时I_IgS的溶解度增大405倍.Hg(OH)。的溶解度增大45倍；C1.浓度为354.6ppm时，tgS的溶解度增大约44230倍，Hg(Ot)。的溶解度增大l214倍.可见其影响之大。在水分析中，常用到游离氯和余氯的

49、概念。游离氯是指水中所含Cl?、tCI()及其盐的量。余氯是指水中具有氧化能力的化合态氯(NH：cl、NIICl。等)和游离氯的含量。余氯对鱼类是极毒的。有些国家在渔业水质标准中规定，不允许有余氯存在，但我国渔业水质标准对此项尚未作出规定。第二节主要阳离子一、Ca”、M924和水的硬度(一)硬度的概念硬度是反映天然水中二价及多价金属离子含量的水质指标。钙、镁、铁、铝、铜、锰、锶、锌等金属离子都可构成水的硬度。水中这些金属离子具有许多共同性质，例如可使肥皂产生沉淀而失去去污能力.使锅炉结垢，使某些工业产品质量下降等。Cap造成的硬度，叫“钙硬度”；Mg造成的硬度r叫“镁硬度”；同理有“铁硬度”、

50、“铝硬度”等等，各种硬度之和，称为总硬度(TH)。对于淡水而言，在构成水的硬度的金属离子中，以Cah、M92+含量最多。其他金属离子含量极少。一般认为天然淡水的硬度是由Ca?、Mg”含量决定的，二者之和即为总硬度，即：THH【h+HMR在天然水中，Ca、Mg“可成碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物形式存在。由前两种形式造成的硬度。称为“碳酸盐硬度”(He).这类硬度经加热煮沸后，转变为难溶碳盐沉淀而除去，故又称为暂时硬度；由后两种形式构成的硬度，称为“非碳酸盐硬度”(Hs)，这类硬度虽经煮沸仍不能除去，故又叫永久硬度。二者之和也叫总硬度，即：TH=He+Hs硬度的单位：mmol/L(Ca、Mg“

51、的基本单元均以“1/2离子”计)；mgCaC()/L；德国度。三种单元的换算关系式：lmmol/l。一50.05mg/I.(:aC()32.804水的硬度和碱度若均以mmol/L为单位表示，当总碱度大于总硬度时，水中Ca、M92十均可看作以碳酸盐类形式存在.只有碳酸盐硬度，没有永久硬度。水中离子的关系为：H(:【)3：，、r)jCa+M92。Na4K+S()j十Cl一此时总碱度减去总硬度所得差数，称为“负硬度”.意思是这部分I.tC()。和(：【)j。因Ca2+、M92+相对较少，只好以Na、K1盐类形式存在。相反，若总硬度大于总碱度时.水中离f的关系为：Ca2+Mg“l_tC()3+(：()

52、Na+K+Ca2+Mgz+的水作为补给水源的内陆湖泊，即使在含盐量较高时(半咸水)，也可能仍以卜ICO。、CO；一为最多。三、总含盐量与养鱼生产的关系含盐量过低(例如小于o.29/I，)，水的碱度、硬度达不到基本要求，用这种水养鱼，产量不会高。有人研究得出，水中溶解性总固体跟鱼产量有很高的正相关。含盐量过高对许多淡水鱼的生长不利。各种鱼都有一定的耐盐限度，例如白鲢的耐盐上限，仔鱼期为56.成鱼为810；草鱼仔鱼期为68,成鱼为1012；鳟鱼成鱼为30。各养鱼场应根据水的含盐量选择适合的养殖品种。必须指出，鱼的耐盐限度跟盐分的组成是有关系的，例如，含I_iC()。C()较多的水，含K+较多的水，

53、许多鱼类对这类水的耐盐极限要显著降低。许多耐盐试验是用添加海水或氯化钠进行的。所以对本地区含盐量较高的水的适宜养殖品种，应通过试验确定。第二节pH在养殖生产中的意义水的pH是一个重要的水化及生态因子，对水质和生物有多方面的影响，表现在以下两个一、对水质的影响1.酸性水使水中物质循环受阻在酸性条件下，微生物活动受到阻抑，有机物分解矿化速度降低，固氮活性下降，水质瘠瘦，饵料生物生长不好。中性、弱碱性水则有利于生物生长。修建在草炭土基础上的鱼池，池水不易肥起来的原因可能是pH偏低。在这类鱼池中，肥水的技术措施之一是经常施用少量石灰水。对水中物质存在形式及迁移过程的影响水的pH发生改变，将使各种弱酸、

54、弱碱和金属的存在形式发生变化。水的pH下降，弱酸的电离度减小，它们的阴离子程度不同地转化成分子形式存在，浓度下降，因而含这些阴离子的络合物或沉淀相继离解或溶解，使游离金属离子浓度增大。相反，水的pH升高，贝y弱碱的电离度减小，转以分子形式存在，弱酸的电离度增大，转以酸根阴离子形式存在；金属离子水解加剧，常形成氢氧化物、碳酸盐沉淀或胶体，使游离金属离子浓度下降。对于有H+、0H一参加的氧化还原反应，在pH改变时，其反应速度和反应进行的程度甚至方向也要受到影响。pH改变时，还会引起水中胶体粒子、悬浮物对一些物质的吸附或解吸。二、对水中生物活动的影响有些物质的存在形式改变时，对生物的影响也随之改变。

55、例如，pH下降.弱酸的阴离子S2、CN、l_tC()f等转以H：S、ICN、CO。等分子形式存在.它们对鱼的毒性增强；金属离子浓度增大，使重金属的毒性增加。pH上升，NI,较多地以NH。形式存在，毒性增强；而重金属离子转以络合物存在或被胶粒吸附絮凝，使重金属的毒性减弱。pH过高、过低对鱼类都有直接危害。甚至致死。据实验，鲤鱼鱼种可以耐受的pH极限为4.410.4；白鲢、花鲢、草鱼鱼种可耐受的pH极限是4.610.2。这些数据是用鱼种通过6072h实验得出的。这只是短时间内可以忍受的极限值，所以范围较宽。一般认为鲤鱼在pH5以下.鲫鱼在pH4以下会死亡。在pH偏低的酸性环境中，鱼类虽然可以长时间

56、的生活、摄食和生长，但是物质代谢降低了。已经证实。当pH从7.4降为5.5时，鱼的耗氧率降低，物质代谢急剧下降，尽管食物丰富，鱼仍处于饥饿状态。酸性水可以降低鱼血液的pH,使血液的载氧能力下降，造成缺氧症。其症状为鱼不爱活动，尽管水中不缺氧，但鱼类总是在水面游动、吞咽空气。过高的pH则会腐蚀鱼鳃和皮肤。鱼所能忍受的pH高限将随水的碱度升高而降低。上面指出的pH高限10.4和10.2是用低碱度水试验所得结果。在家鱼孵化中，水的pH过高或过低都会使卵膜早溶，引起胚胎大批死亡。水的pH偏低，还会促使一些鱼病的发生。例如有材料报道说，当年鲤鱼鱼种在越冬期间，偏低的pH(6.4)会促进寄生虫(斜管虫和三

57、代虫)的发生。在低pH下可观察到鲤鱼鳃瓣坏死，在坏死部分生长着各种腐生细菌，进而引起鱼的死亡。有人认为鲤鱼痘疮病的发生，常常同pH偏低、缺钙和维生素等因素有关。浮游植物对营养物质的吸收利用也受pH的影响。低pH会抑制硝酸盐还原酶的活性.可能导致植物缺氮；高pH则妨碍藻类对铁、碳的利用。pH降至6以下时，一些大型枝角类便无法生存。如上所述，由于pH对水质及生物有着多方面的重要影响，因此，各国渔业用水标准中对这一指标都作了规定.其pH范围是6.58.5。必须指出：水的pH即使在容许范围内，若变化过于频繁，变幅过大，则生物苦于调节适应.对生长也不利。为了避免这个问题。水还应有足够的缓冲能力。所以，渔

58、业用水标准中不仅要规定pH指标，也要规定缓冲能力指标，即总碱度、总硬度指标，它们均要大于lmmolL时，水的缓冲能力就较强。第四章溶解氧第一节气体在水中的溶解度和溶解速率养殖水体内溶有多种气体及挥发性物质。其中有的对生产有利（如0。），希望它们增补得多些快些；另一些则对生产有害（如CH.、H。s等），要求尽量除去它们。这涉及气体的溶解与逸散问题.了解其特点，对搞好水质管理是十分必要的。这里包括两个方面问题，一是溶解数量，二是溶解速率。F面分别进行讨论。一、气体的溶解度在一定条件下，某气体在水中的溶解与逸散达到动态平衡时的浓度，称为该条件下某气体的溶解度。平衡时，只要条件不改变，则无论怎样充分地

59、使气、液混合.所述气体的浓度不会再改变。如果某气体在一定条件下所溶解的量等于其溶解度时，则该气体的溶解达到饱和；如果某气体溶解的量超过其溶解度，则该气体的溶解为过饱和，过量的气体则会从水中逸出；如果某气体溶解的量小于其溶解度，则称为不饱和，气体则可继续溶解。气体在水中的含量可用多种单位表示，凡是可以表示浓度的单位，都可用来表示气体的含量。例如，每lkg水（或每11。水）溶解的气体的克数（或毫克数），其单位为:g/kg（或mg/kg），g/I。（或mg/Io）。用g/kg做单位比用g/L更精确。前者不受温度及压强的影响。因同质量的水，当温度和压强改变时.体积会随之而变化。在要求很不精确的计算中，

60、用mg/I.,做单位更方便些.本书采用此单位。表示气体的含量，还有一个特殊的单位：ml/I。它是指1L水中所溶解气体的毫升数。这里气体的毫升数是指II。水中所溶解的气体，在未溶于水之前，在标准状态下所具有的体积。例如，20（：.一大气压纯氧的溶解度为31.Oral/L，就是指在20C及氧气的压强为1大气压*的条件下，1L水中溶解的氧气达到饱和时，这些氧气在标准状态下所具有的体积是31Oral。在要求不很精确的计算中，可把标准状态的气体视为理想气体，1tool的理想气体在标准状态下所占的体积为22.4L，因此mg与ml可由下列关系换算：式中M为气体的摩尔质量。对于（）2.1mI=1.429rag