养殖水环境化学PPT完整全套教学课件

§1-1天然水的盐度、密度和化学分类§1-2天然水的依数性和透光性§1-3天然水的导电性§1-4水的流转混合与水体的温度分布

第一章天然水的主要理化性质«养殖水环境化学»全套课件一、天然水的含盐量

含盐量是天然水的一项重要水质指标，它与水的许多性质，比如水的化学成分含量、密度、比重、导电性、对光的折射性、对声波的传播性等都有关系。含盐量也影响到天然水的生态学性质和水的可利用价值。

§1-1天然水的盐度、密度和化学分类1、反映天然水含盐量的参数

（1）离子总量ST

离子总量是指天然水中各种离子的含量之和。单位：

mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg

ST=∑ρi

；ST=∑Ci

其中：

ST—表示离子总量

ρi—离子的质量浓度

Ci—离子的物质的量浓度（以单位电荷形态Mn+或Mn-为基本单位）

大多数淡水水体：

阳离子—Ca2+、Mg2+、Na+、K+

阴离子—HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-

特殊情况下水中可能含有比较多的NO3-、NH4+或Fe2+等离子，则亦应考虑。海水水体：

还包括F-、B（H4BO4-）、Br-和Sr2+等离子。

c（Na+）+c（K+）+c（1/2Ca2+）+c（1/2Mg2+）

=c（HCO3-）+c（1/2CO32-）

+c（1/2SO42-）+c（Cl-）

c(Na+)+c(K+)=∑cj(1/nAjn-)–c(1/2Ca2+)–c(1/2Mg2+)

火焰石墨炉原子吸收光谱仪（2）矿化度定义：

用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量标准温度：105～110℃

Ca2++2HCO3-＝CaCO3↓+CO2↑+H2O↑

在蒸发过程中有HCO3-

的损失(损失50.8%）矿化度常用来反映淡水水体含盐量的多少（3）海水的氯度（Cl）氯度的初始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。氯度的新定义：海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的质量与该海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位。用Cl

符号表示。海水氯度新定义的表达式:沉淀海水中全部卤素所需纯银的质量与海水质量之比（4）海水的盐度盐度的最初含义：

当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代，碳酸盐全部变为氧化物，有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比，称为盐度。以10-3或‰为单位，用符号S‰表示。

盐度的氯度定义：S‰=0.030+1.8050Cl‰①

S‰=1.80655Cl‰1966年提出河口区的海水：

S‰=0.032+1.807Cl‰（陈佳荣）①这一公式是根据从波罗的海、挪威海及红海取得的9个水样，分别测定盐度和氯度而得到。其中6个水样取自波罗的海。海水组成受河水影响较大。此关系难以准确代表大洋海水情况。电导盐度计出现，1978实用盐度（S）定义：

K15-15℃，1标准大气压力时海水电导率κ(S,15,0)与质量分数为32.4356×10-3的标准氯化钾溶液电导率κ(32.4356,15,0)之比

实际测定海水样品的盐度时，联合组专家仍然极力主张使用标准海水，而不要使用标准氯化钾溶液。用盐度为35.000的标准海水作参比时，测得的电导率比记为R15.。把R15带入上式，计算得到海水样品的实用盐度。S=S未（未修正的盐度值）+△S（修正值）

适用于-2～35℃

Rt为样品海水与盐度为35.000的标准海水在温度为t、压力为1标准压力时的电导率比值目前，根据上述公式计算的实用盐度与Rt值已制成«国际海洋学常用表»。海水离子总量ST与盐度S‰、实用盐度S的关系：

从概念上讲：离子总量比矿化度稍大，矿化度又比盐度稍大。（5）其他

海水的折光率、海水的密度

补充概念：标准海水—氯度值被准确测定了的大洋海水，用作测定其它海水的盐度或氯度的标准。制备方法：采不受陆地水影响的大洋水，经放置过滤，当氯度值不变时，再精确测定至±0.001‰，封装在特别的玻璃瓶中。中国海洋大学标准海水厂人工海水—模拟海水常量组分的浓度，采用纯的化学试剂，用蒸馏水配置而成，其组成与天然海水近似，故称人造海水。它不含有天然海水所有的悬浮物和有机物质。

青岛海大通用海水素厂

2.含盐量与水产养殖的关系（1）天然水的含盐量相差悬殊含盐量低的，离子总量每升只有数十毫克，比如多数雨水及某些潮湿多雨地区的地面水，我国的福建、广东沿海一些河流、水库的离子总量就在100mg·L-1以下；含盐量高的，离子总量每升则可达数十克甚至数百克，比如大洋海水离子总量可达35g·L-1，我国新疆、四川一些地下水离子总量可达300g·L-1以上，死海表层水的盐度达300g·L-1，下层水可达332g·L-1。水体名称Ca2+Mg2+K++Na+HCO3-SO42-Cl-含盐量‰三门峡水库2.131.273.183.651.321.610.489大芦湖（山东）2.315.8612.726.182.0812.61.44达里湖0.291.8963.044.55.4433.45.56海水20.61064772.3356.554535几个典型水体的离子组成(me/l)我国东南沿海地区雨量充沛，土壤常年在流水淋溶作用下，可溶性盐类难以积累，河水的含盐量通常在0.05g/L以下。我国淮河、秦岭以南的长江中下游地区河水含盐量多在0.2g/L以下。我国淮河、秦岭以北的大部分地区的河水的含盐量多在0.2~0.3g/L之间。我国黄土高原南部，河水的含盐量可达0.3~0.4g/L，西北部上升到0.5~1.0g/L。有的地方还会更高。（2）水生生物有一定的适应盐幅（3）淡水鱼类适应的盐幅与pH和碱度有关鲢鱼

24hLC50=39.75-3.78pH，n=8，r=0.999鳙鱼

24hLC50=49.25-4.78pH，n=8，r=0.983（4）淡水鱼类对盐度的适应范围与个体发育的不同阶段有关鲢、鳙鱼苗的耐盐上限：2.5g/L夏花鱼种：3.0g/L鲢鱼仔鱼期：5.0-6.0g/L鲢鱼成鱼期：8.0-10.0g/L几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼>团头鲂>鲢鱼

海湾扇贝D形幼虫生长的适应盐度范围为22～23，变态最佳盐度为

21~37（何义朝，1990）日本对虾幼体最适盐度范围为10.2～26.9，盐度20.3时增长率与增重率最大（臧维玲等，2002）中华绒螯蟹育苗的适宜盐度为12～29，过高过低也都使出苗率迅速下降（臧维玲等，2002）（5）海水贝类、虾类、蟹类不同发育阶段对盐度要求不同三疣梭子蟹育苗用水的盐度范围为25~32，成蟹养殖生长的最适盐度为25紫贻贝受精可在盐度15~40中进行，而其担轮幼虫只能在盐度30~40的水中正常发育斑节对虾能在盐度5~45的水域存活，最适盐度为10~20（6）广盐性生物，其渗透调节能力很强

水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。罗非鱼

凡纳滨对虾水产品风味每一种生活于水中的鱼类、甲壳动物、贝类等的渗透压调节能力不同，其适应的环境含盐量也有所不同。渗透压调节是一耗能过程，正常体液离子平衡的破坏还会影响其它生理、生化过程的进行，因此，环境的含盐量大大超过或低于这些动物适宜的范围时它们就会无法维持体液离子平衡而死亡。根据McKee等（1963）的报道，淡水鱼类的血液渗透压一般相当于7g/LNaCl溶液的渗透压，因此，许多淡水鱼类可以在高达7g/L含盐量的水体中生存，尽管在此含盐量条件下它们的生长并不一定很好。许多水产养殖种类，如凡纳滨对虾（南美白对虾）、鲈鱼、罗非鱼等，具有广盐生活的能力，这与它们生活的环境和进化历史有关。在我国，从海水种类中寻找适于淡水或半咸水养殖的种类，以提高淡水养殖的经济效益已成为近阶段淡水渔业的热点之一。但是，人为往淡水水体中加盐以提高水体含盐量，进而养殖广盐种类的养殖方式对环境有害，是不可取的。鱼的耐盐限度同盐分的组成有关。例如含HCO3-、CO32-较多的水，含K+较多的水，鱼和多种其他生物对这类水的盐度耐受极限将显著降低。许多耐盐试验是用低盐海水或淡水添加NaCl进行的，这些试验结果不能随意推广应用到HCO3-、CO32-及K+含量高的半咸水。对这类水的适宜养殖品种应通过试验确定。注意问题1为了防止病害传播，人们常使用盐卤或地下水配制人工海水，这时仅满足总盐量的要求是远远不够的，还需要使Ca2+、Mg2+含量符合下列要求，育苗效果才比较好。河蟹：Mg2+

：484-816mg/L;

Ca2+:178-340mg/L

Mg2+/Ca2+=2.3-3.0

罗氏沼虾：

Mg2+

：300-440mg/L;Ca2+:170-244mg/L

Mg2+/Ca2+=1.8-2.2

（臧维玲等，1998）

注意问题2t（℃）ρ（g·cm-3）t（℃）ρ（g·cm-3）t（℃）ρ（g·cm-3）00.999868100.999728200.99823010.999927110.999633210.99801920.999968120.999525220.99779730.999992130.999404230.99756541.000000140.999271240.99732350.999992150.999126250.99707160.999968160.998970260.996810二、天然水的密度1.纯水的密度

纯水的密度是温度和压力的函数1个标准压力下纯水的密度2.海水的密度

{σS,

0}g/cm3=（{ρs,0}g/cm3-1）×1000=-0.069+0.81415S

-4.81×10-4S2+6.75×10-6S3

0℃、1标准大气压力时

条件密度海水的密度是盐度、温度、压力的函数海水其他温度下的条件密度计算公式见海洋化学辞典p.340t（℃）S5102030354001.0039701.0080141.0160651.0241011.0281261.03216351.0040061.0079671.0158581.0237441.0276971.031663101.0036701.0075621.0153211.0230801.0269711.030878151.0030121.0063471.0144961.0221501.0259901.029846201.0020681.0058571.0134161.0209831.0247811.028595251.0008671.0046171.0121021.0195981.0233621.027144300.9994331.0031471.0105681.0180031.0217461.025504

不同温度和盐度下海水的密度（g/cm3）

盐度变化1个单位引起密度的变化值，比温度变化1℃引起的密度变化值大许多，这对我们研究和控制海水池塘冬天的温度分布有指导意义。海水最大密度时的温度与盐度的关系：

{t最密}℃=3.975-0.2168S+1.282×10-4S2

海水的冰点与盐度的关系：

{tf}℃=-0.0137-0.05199S-7.225×10-5S2当tf=t最密时解联立方程可以得到：

tf=t最密

=-1.35℃

S=24.95冰点、最大密度时的温度随盐度的变化tf=t最密

=-1.35℃

S=24.95t最密tf注意问题：1、海水密度测定的标准温度：17.5℃

在其他温度下测定的密度皆需换算成该温度下的密度

σ17.5=αt+K2、不同温度下，海水的密度不同；具有不同温度和盐度的海水可能具有相同的密度。三、天然水的化学分类（一）按含盐量的分类1、原苏联学者O·A·阿列金提出的分类方法

淡水矿化度<1g/L（或10-3下同）微咸水1～25g/L具海水盐度的水25～50g/L盐水>50g/L

2、湖沼学与生态学中常用的分类方法

淡水

0.01～0.5g/L

（0.01～0.2g/L称为缺盐水）

混盐水寡混盐水0.5～5g/L

中混盐水5～18g/L

多混盐水18～30g/L

真盐水30～40g/L（世界海洋的平均盐幅）

超盐水>40g/L（二）按主要离子成分分类-阿列金分类法1.计算单位电荷物质的量的浓度（mmol/L)2.根据含量最多的阴离子分为三类碳酸盐类C

硫酸盐类S

氯化物类Cl

3.根据含量最多的阳离子分为三组钙组Ca

镁组Mg

钠组Na4.根据阴阳离子含量的比例关系分为四个型Ⅰ型

Ⅱ型

弱矿化度水

水中含有相当数量的NaHCO3成分（即主要含有Na+与HCO3-）低、中矿化度的河水、湖水和地下水Ⅳ型Ⅲ型

海水、高矿化度的地下水酸型沼泽水、硫化矿床水和火山水

或阿列金分类法表示方式表示碳酸类、钙组、Ⅱ型水表示硫酸盐类、钠组、Ⅲ型水

表示总硬度为5.0mmol/L，含盐量为0.4g/L

说明

有时水中的阴离子或阳离子并不是一种离子独占优势，而是两种离子相差不多，当次要离子（以单位电荷为基本单元）与主要离子相差不超过5%时，则应在分类符号中将次要离子也标出。

例如：CSCaⅡ

表示碳酸盐硫酸盐类、钙组、Ⅱ型水，该水中SO42+含量仅次于HCO3-，且含量相差不大。例子长江水主要离子含量如下(单位：mg/L)

Ca2+100.0SO42+96.0Mg2+48.0HCO3-244Na+92.0Cl-35.5水型判断（单位：mmol/L)

C1/2Ca2+=100/(40/2)=5CCl-=35.5/35.5=1C1/2Mg2+=48/(24/2)=4CHCO3-=244/61=4CNa+=92/23=4C1/2SO42+=96/96/2=2阴离子

CHCO3->C1/2SO42+

>CCl-阳离子

C1/2Ca2+>CNa+、C1/2Mg2+阴阳离子关系CHCO3-+

C1/2SO42-﹤

C1/2Ca2+

+C1/2Mg2+

水型CCaⅢ作业

根据以下水质主要离子成分的分析结果：1/2CO32-

：0.13mmol/L

HCO3-：

0.84mmol/LCl-:1146mg/LSO42-:190mg/LCa2+:59.4mg/LMg2+:99.2mg/LNH4+:0.01mg/LNO3-:0.13mg/L依据阿列金分类法判断以上水体属何类型，并用符号表示。§1-2天然水的依数性和透光性一、稀溶液的依数性1.定义：

指稀溶液的蒸气压下降（Δp），沸点上升（Δtb），冰点下降（Δtf）值都与溶液中溶质的质量摩尔浓度(b)成正比，而与溶质的本性无关。2.条件：稀溶液

非挥发性的溶质3.表示：

蒸气压下降：

Δp=K·b

沸点上升:Δtb=Kb·b

冰点下降:

Δtf=Kf·bK、Kb

、Kf分别表示蒸气压下降常数、沸点上升常数和冰点下降常数4.说明如果水的含盐量比较大，由于电离和正负离子间的作用，就不符合上述的简单关系；含盐量越大，水的蒸气压降低，沸点上升和冰点下降的量也越大；对于海水，由于主要成分的比例恒定，上述性质都可以用它们与盐度的经验关系式来描述。(1)海水的冰点

在标准压力下海水的冰点与盐度的经验关系为：

{tf}℃=-0.0137-0.05199S-7.225×10-5S2

tftf=t最密

=-1.35℃

S=24.95(2)海水的蒸气压

海水的饱和蒸气压P比纯水(P0)低，它与盐度有如下直线关系：

盐度对于天然水的饱和蒸气压影响不大;如盐度为35的海水，饱和蒸气压是纯水的0.98倍，仅下降了2%。

不同温度下纯水的饱和蒸气压温度（℃）（kPa）温度（℃）（kPa）温度（℃）（kPa）00.6107141.597263.36020.7053161.817283.77840.8128182.062304.24160.9345202.337324.75381.0720222.642345.318101.2270242.982365.940121.4014253.166386.623407.374（3）海水的渗透压冰点渗透压计海水的渗透压可间接用冰点下降值表示太阳光由可见光、紫外光和红外光组成。由于大气的吸收，到达养殖水体水面上的太阳光主要为可见光和红外光部分。就全球平均而言，大气吸收的量约占太阳辐射总量的12%，剩下的部分40%为可见光、60%红外光。二、天然水的透光性

日光射入水中后，一部分被水吸收（变为热能），同时其中悬浮的或溶解的有机物和无机物对光有选择性的吸收与散射。因而水中的光照强度随着深度增加而减弱，可用下式表示其总衰减规律：

ID＝I0e–KD

式中，ID和I0分别表示在深度D处和水面的光强，K

是平均消光系数或称衰减系数。太阳光线的反射与折射1光的衰减100cm

100m1cm0cm某波长太阳辐射能在水中的衰减吸收系数散射系数水深衰减系数符合指数衰减定律养鱼池水下与冰下的光照度与辐射照度

不同时间养鱼池水中辐照度

越冬池冰下光照度

光合作用有效辐照：透入海水的光大约有50%是由波长＞780nm的红外辐射组成，并且很快被吸收转换为热能，还有很少量波长＜380nm的紫外辐射进入海水后也迅速地被吸收、散射，其余50%左右的可见光（400～700nm）可透入较深水层，基本上是光合作用所需的波长，称为光合作用有效辐照。说明在水域生态学中通常用透明度来反映可见光在水中的衰减状况。一般可以粗略认为，在相当于透明度的深度处的照度只有表层照度的15%左右。人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的净合成大于零。这一水层又叫营养生成层。光照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层，称为营养分解层。这一水层的植物不能正常生活，有机物的分解速率大于合成速率。有机物的分解速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。补偿深度:

光照强度随水深的增加而迅速递减，水中浮游植物的光合作用及其产氧量也随即逐渐减弱，至某一深度，浮游植物光合作用产生的氧量恰好等于浮游生物（包括细菌）呼吸作用的消耗量，此深度即为补偿深度（单位：m）；此深度的辐照度即为补偿点（单位：μE）。

补偿深度为养殖水体的溶氧的垂直分布建立了一个层次结构。在补偿深度以上的水层称为增氧水层；补偿深度以下的水层称为耗氧水层，随着水层变深，水中浮游生物（包括细菌）呼吸作用的净耗氧量逐步增大。

一般认为补偿深度大约位于透明度的2-2.5倍深处。

2光照的生物学作用不同水生动物对光的敏感性不同。鲱幼鱼对黄绿光敏感，在560nm波长处摄食旺盛；白鲑幼鱼对绿光较为敏感；银鲈幼鱼则对黄～橙光最为敏感；中国明对虾同时也存在两类光感应细胞，它们分别对蓝光（480nm）和黄光(580nm)敏感。有的水生动物对光谱的敏感随发育阶段而变化。如：发育少于4周的龙虾只对蓝光敏感，而对红光无反应，发育4周后的个体才对红光有反应；

克氏原螯虾在发育早期对蓝光敏感，发育后期对红光敏感。光周期和光谱组成对摄食和生长的影响因种而异：普伦白鲑幼鱼的摄食量随光周期的缩短而降低；鲑在偏离其自然光周期的条件下摄食量均减少；中华鳖的摄食量不受光周期的影响；

鲢鳙幼鱼在日照10～12h时生长较快。不同光色处理下中国明对虾的生长光色呼吸能生长能蜕壳能排泄能粪便能自然光65.1512.941.425.7614.73黄光68.4311.561.726.0612.24绿光69.9910.811.366.1611.69蓝光76.118.071.527.057.25不同光色下中国明对虾摄食能量的分配（%）处理G/CR/CE/CF/CU/C0Lux9.49±1.33ab67.61±1.50a1.51±0.08a14.43±0.75ab6.97±0.23ab50Lux12.64±1.58b63.92±1.81a2.34±0.14b14.54±0.62ab6.56±0.26a300Lux12.49±1.90b65.74±0.99a2.18±0.14ab13.23±0.85ab6.36±0.23a1300Lux10.27±1.98b65.34±1.54a2.56±0.22b15.46±1.13b6.38±0.25a5500Lux4.68±0.60a72.11±0.74b3.67±0.56c11.92±1.11a7.62±0.08b不同光强下中国明对虾摄食能量的分配（%）不同光强下中国明对虾的生长处理R/CG/CE/CF/CU/C0L:24D64.93±0.2614.36±0.920.81±0.02a12.65±0.747.26±0.1424L:0D65.89±0.8013.17±0.320.79±0.05a12.73±0.607.42±0.0514L:10D64.98±0.5214.55±0.441.51±0.10b11.67±0.357.30±0.0610L:14D66.94±1.2212.99±0.591.31±0.22b11.82±0.996.93±0.10各部分能量站摄食能的比例（%）

不同光照周期下中国明对虾的生长TreatmentsSGRd(%.d-1)FId(%B.W.d-1)FCEd(%)CL1.66±0.01a10.17±0.13a15.61±0.30bFL11.75±0.02b12.05±0.39c13.83±0.45aFL21.86±0.02c11.40±0.43b15.43±0.44bFL31.97±0.03d11.92±0.12c15.51±0.35bFL41.66±0.04a10.90±0.12ab14.55±0.51ab凡纳滨对虾在不同光照强度下的SGRd,FId

和FCEd光照强度日变化示意图变光与水生生物的生长36§1-3天然水的导电性电导是电阻的倒数，等于电流与电压的比

电导率等于电导G乘导体的长度L，除以导体的截面积A

：电解质溶液的电导率可理解为在相距1m（或1cm)，面积为1m2(或1cm2)的两平行电极之间充满电解质溶液时两电极间具有的电导。电导率是指用数字表示溶液传导电流的一种能力影响电导率大小的因素离子的性质和浓度、溶液的温度和黏度电导率的单位

西门子/厘米、西门子/米等电导率测定的标准温度为25℃K25=Kt/[1+α(t-25)]推导：用两种单位表示的电导率的关系

单位之间的关系：

1m=100cm；

1m2=1002cm2

量的数值之间的关系：{L}m={L}cm/100

1ms/m=0.01ms/cm=10us/cm一、内陆水的电导率

1内陆水的电导率与离子总量的关系f为换算系数，具体取值随电导率而变：κ25/＜22～33～55～66～7＞7f0.640.710.750.830.900.96（mS`cm-1）2

天然淡水的电导率较低

新的蒸馏水：0.02-0.5ms/m

放置一段时间后，由于空气中CO2等的溶入，电导率增大

清洁河水：大约10ms/m

饮用水：5-150ms/m二、海水的电导率

海水的主要成分的比例恒定，电导率与盐度有很精确的关系，这就是用电导率来测定盐度的基础.海水的电导率一般比较大，大约3000ms/m，导电能力强。§1-4水的流转混合作用与水体的温度分布水体中水的流转混合作用及水温的分布，对水中溶解气体、营养盐类、主要离子的分布和变化都会产生影响。为了更好理解水化学成分的分布变化，需要了解水体中的流转混合作用及影响水温分布的因素。一、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：

1.风力的涡动混合

2.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推积现象,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,因而造成了如图所示的风力环流。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。水面开阔、深度浅t（℃）S5102030354001.0039701.0080141.0160651.0241011.0281261.03216351.0040061.0079671.0158581.0237441.0276971.031663101.0036701.0075621.0153211.0230801.0269711.030878151.0030121.0063471.0144961.0221501.0259901.029846201.0020681.0058571.0134161.0209831.0247811.028595251.0008671.0046171.0121021.0195981.0233621.027144300.9994331.0031471.0105681.0180031.0217461.025504

不同温度和盐度下海水的密度（g/cm3）

水温同样是相差1℃，在低温段引起的密度差比较高温度段的密度差要小很多，如在25℃附近时相差1℃的水的密度差,是4℃附近相差1℃的水的密度差的31.5-32.6倍。可见在较高温度时,风力使水流转所需克服的热阻力较大。如：水温30℃、面积4700m2、水深2.5m的鱼池，上下水温相差1℃时，需要7级风才能使上下水产生上下混合。2密度差引起的

对流混合作用当表层水密度增大，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，密度小的水则上升，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（B），也可以是在较大范围发生的环流（A）。人们把这种由密度引起的对流作用称为密度环流。水产养殖生物多数是变温生物，其生理、生态过程会随水环境温度的变化而出现明显的变化。水产养殖生物生活的水环境的温度随时间一直在变化。正如以上所述，太阳辐射能会在水体表层被强烈地吸收，即使是干净的水进入2m以下的辐射能也不足一半，因此，这种热能垂直分布的不均性就会产生一系列特殊现象，了解水温的变化规律对水产养殖活动具有极其重要的意义。二、水体的温度分布池塘中：一昼夜的平均温度，水温高于气温。白天平均水温一般低于平均气温，而夜间则高于平均气温。从昼夜变化看，一般下午2:00～3:00水温最高，早上日出前水温最低。对于池塘小水体，在夏秋季节的晴天，上下层水温也有垂直差异，通常可达2～5℃。但这种上下水温差一般到夜间因气温下降，造成池水对流，便可使上下层水温趋于一致。无锡某鱼池水温的垂直分布1池塘水体的温度分布2

湖泊（水库）四季的典型温度分布

水温的垂直分布有明显的季节特点；在我国北方地区，夏季一般是上层水温高，下层低，形成水温的正分布

—夏季的正分层期（停滞期）冬季则是上层低，下层高，形成水温的逆分布-冬季的逆分层期春、秋季节是以上下水温几乎相同为特征—全同温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（水的导热性小），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，称温跃层又称间温层。夏季正分层期（停滞期）-无锡某鱼池水温的垂直分布更正：水深（cm)

温跃层3越冬池的水温

哈尔滨市郊越冬池底层水温平均值3.1北方鱼类在室外越冬池越冬（淡水）

越冬期：冰下生活3-6个月

整个越冬期底层水温先下降后回升，这与气温的变化有关；越冬池封冰初期的水温与池水封冰前受寒风吹扰程度、池塘所处位置等有关。

3.2北方地区海水池塘的室外越冬

盐度为35的海水冰点为-1.9℃，最大密度温度（-3.5℃）比冰点低。在秋末冬初降温过程中，如果池水盐度均匀，上下水温将同时下降（全同温），密度流可以一直持续到上下均-1.9℃，然后表层再结冰，不需要依靠风力的吹刮。这对安全越冬是很不利的。为了在底层保持较高的水温，应该使上下盐度有差异——依靠底层水较高的盐度来维持较高水温（用增加盐度的“增密”补偿升高温度的“降密”）。可见，室外海水越冬池底层保温的关键是添加低盐度的海水或者淡水。第二章

天然水中的主要离子《养殖水环境化学》本章内容§2-1水的硬度及钙镁离子§2-2水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子§2-3硫酸根、氯离子、钠离子和钾离子§2-4海水主要离子组成的恒定性§2-1水的硬度和钙镁离子一、水硬度的概念及表示单位1.定义(H)：水中二价及多价金属离子含量的总和

Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+…2.表示单位:(1)毫摩尔/升（mmol/L）：

以1升水中含有的形成硬度离子的物质的量之和来表示。(2）毫克/升(mg/L，CaCO3)：

以1升水中所含有的形成硬度离子的量所相当的

CaCO3的质量表示。

mg/L（CaCO3）美国常用此单位（3）德国度（°HG）：

以1升水中含有相当于10mgCaO的Ca2+或Mg2＋为

1德国度（°HG）。德国、原苏联和中国常用1mmol/L＝2.804°HG＝50.05mg/L（CaCO3）

1、Ca2+（1）来源：

主要含石膏地层中CaSO4·2H2O的溶解；

白云石CaCO3·MgCO3和方解石CaCO3在水和CO2作用下溶解等。（2）含量：

不同条件下的天然水中的钙含量差别很大；潮湿多雨地区的地面水含钙少（含盐量也少）；干旱地区，尤其流经富含石膏地层的地下水及富含石灰石地层的

地下水中含Ca2+均较多；受海潮影响地区的地下水含钙也很多。二、天然水的Ca2+和Mg2＋与水的硬度海水含Ca2+：

盐度35的大洋水Ca2+含量达400mg/kg随着含盐量的增加，其含量也增加，但由于其易生成CaCO3沉淀，使积累减慢，以致钠、镁的含量在盐度高的水中就大大超过钙。淡水中的Ca2+：地面水中，含钙量少的只有每升数毫克，青岛自来水中钙的含量大约60mg/L。2、Mg2+

存在于所有的天然水中；常居阳离子的第二位；

淡水中阳离子通常以钙离子为主，咸水中阳离子则以钠离子为主；

大多数淡水中镁离子的含量介于1-40mg/L。3.天然水中Ca2+与Mg2+含量的比例关系大致规律（1）在溶解性固体总量低于500mg/L的水中，Ca2+与Mg2+摩尔比值变化范围较大，从4:1到2:1;

当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时，其比值在

2:1到1:1;水中溶解性固体总量进一步增大时，Mg2+一般超过Ca2+很多倍。（2）海水中Mg2+与Ca2+的摩尔比值为5.2；（3）淡水中Ca2+显著地多于Mg2+：与地壳中钙的丰度大于镁有关。（4）在咸水中Mg2+的含量一般大于Ca2+：主要与镁的碳酸盐和硫酸盐的溶解度比钙的高，镁不如钙那么容易沉积有关。(1)碳酸盐硬度指水中与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沉淀而除去，故又称为暂时硬度。(2)非碳酸盐硬度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。4、天然水的硬度天然水硬度分类mmol/L(类别硬度范围德国度（°HG）mmol/L（1/2Ca2+；1/2Mg2+）极软水软水中等软水硬水极硬水0～4°4～8°8～16°16～30°30°以上1.4以下1.4～2.82.8～5.75.7～11.411.4以上三、硬度的变化

1、崇明岛某养殖场鱼池塘泥与池水的钙、镁含量2、鱼池水硬度的日变化

变化主要原因：

Ca2++2HCO3-CaCO3+H2O+CO2

Ca2++Mg2++4HCO3-CaCO3

+MgCO3+2H2O+2CO2

水生生物的光合作用和呼吸作用四、钙、镁离子在水产养殖中的意义钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素

钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性钙、镁离子可增加水的缓冲性水中钙、镁离子含量和比例，对海水鱼、虾、贝的存活有重要影响1、钙和镁是生物生命过程所必需的营养元素

某些湖泊的藻类现存生物量与溶解钙的相关关系○生物量低的湖泊；⊙生物量中等的湖泊；●生物量高的湖泊；▲其他

水中钙的含量低于0.2mmol/L(1/2Ca2+)，藻类的繁殖受到限制。

钙是动物的骨骼、介壳及植物细胞壁的重要组成元素；对蛋白质代谢和碳水化合物的转化、细胞的通透性及氮、磷的吸收转化具有重要的影响。缺钙引起动植物生长发育不良。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。植物在结果实的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。镁不足还会影响对钙的吸收。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；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％。养殖用水硬度范围：

1-3mmol/L部分金属离子在硬水与软水中的毒性比*金属离子钛铬铁镍铜锌镉铅毒性比14.615772415～5003～675．533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。

*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2、钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性3、钙、镁离子可增加水的缓冲性（增加缓冲性的原因在后面讲）4、水中钙镁离子的含量和比例对海水鱼虾贝的存活有重要影响

臧维玲（1995，1998）研究的结果证实:

罗氏沼虾育苗人工海水，出苗率较高的条件

Ca2+170～244mg/LMg2+324～440mg/LMg2+/Ca2+质量比R＝1.8-2.2

中华绒螯蟹育苗要求

Ca2+178－340mg/LMg2+484－816mg/LMg2+/Ca2+质量比R＝2.3－3.0

(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

Ca2+24.92－280.66mg/LMg2+34.5－344.9mg/L

ρ(Mg2+)/ρ(Ca2+)比R＝1－3最好朱长波博士论文（2004）：

海水主要阳离子含量对凡纳滨对虾生长的影响及其机制1.对虾的蜕皮、生长、食物转化效率和能量收支受海水Mg2+和Ca2+含量的影响均很显著，但是其摄食量受水体Ca2+浓度的影响显著，而受Mg2+含量的影响不明显。2.对虾对水体低Mg2+含量的耐受能力较强，而对低Ca2+含量的耐受力很弱。3.在利用内陆低Mg2+或Ca2+的天然咸水进行对虾养殖中，通过添加Mg盐或Ca盐，只需将Mg2+浓度调节到该盐度下正常含量的15％以上，保证Ca2+浓度达到正常值的60％以上，对虾就能正常生长。适宜的钙离子波动有利于对虾的生长

节律性地增加自然海水中钙离子浓度295mg•L-1以提高对虾的生长。作业

鱼池水中Ca(HCO3)2200mg/L,

Mg(HCO3)2120mg/L。计算水中的总硬度，并以三种单位表示之。§2-2水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子一、碱度的组成及表示单位1、碱度（ALK)

反映水结合质子的能力、也就是水与强酸中和能力的一个量。

天然水中构成碱度的主要物质：

HCO3－、CO32－、OH－、H4BO4－

另外还有

H2PO4－、HPO42－、NH3等

海水碱度=

[HCO3-]+2[CO32-]+[H4BO4-]+[OH-]-[H+]≈

[HCO3-]+2[CO32-]+[H4BO4-]

(碳酸盐碱度+硼酸盐碱度）

淡水碱度=

[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]≈[HCO3-]+2[CO32-]

（碳酸盐碱度）2、碱度的表示单位（与硬度相同）（1）毫摩尔/升（mmol/L）：1升水能结合质子的物质的量。（2）毫克/升(mg/L)：用1升水中能结合H＋的物质所相当的

CaCO3的质量（以mg作单位）来表示。由于1个CaCO3可以结合2个H＋，所以：

1mmol/L＝50.05mg/L（CaCO3）（3）德国度（°HG）：以10mg/L氧化钙（CaO）为1德国度。

1mmol/L＝2.804（°HG）3、天然水的碱度

东南沿海、珠江水系、长江水系的碱度一般较低珠江水系的东江最低仅达0.4mmol/L

长江干流武汉段水的碱度:丰水期平均值为1.93mmol/L

枯水期平均值为2.46mmol/L，年平均值为2.1mmol/L

黄河流域碱度一般均高于2mmol/L

海水碱度一般较为稳定，通常在2～2.5mmol/L

地下水由于溶解了土壤中较高的CO2，使CaCO3等溶解度增加，水中碱度、硬度一般比较高

内陆干旱、半干旱地区湖泊会积聚较多的碱度在我国西北、华北地区的一些盐碱泡沼，水的碱度能达100mmol/L以上，失去了渔业利用价值。我国还有一批天然碱湖可以生产天然碱（Na2CO3·NaHCO3），例如松嫩平原上的大布苏碱湖，卤水的碱度高达17mol/L。我国还有许多水体碱度在10-50mmol/L。例如内蒙古的达里诺尔湖，碱度为44.5mmol/L，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。达里诺尔湖瓦氏雅罗鱼二、碱度的变化及意义1、碱度的变化

2HCO3-CO32-＋H2O＋CO2

Ca2++CO32-CaCO3↓

（1）当光合作用速率超过呼吸作用速率：水的碱度、硬度下降，pH值上升。（2）当呼吸作用速率超过光合作用速率：水的碱度、硬度都上升，pH值下降。某养鱼池碱度和硬度的日变化项目7月5日7月15日晴5：3017：007月16日晴5：3017：00总硬度／(mmol/L)总碱度／(mmol/L)pH14.52.78.212.512.11.501.068.4>9.612.212.01.150.948.610.0内蒙古克旗牦牛泡碱度平均值的周年变化日期1975.091976.011976.051976.081977.01∆AT

／mmol/L2.277.62.82.36.5注：据“达里湖渔业资源调查”（1978）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呼吸作用NH4＋同化NO3－同化氨化作用硝化作用脱氮作用1）2HCO3-→CO2+CO32-→有机碳＋CO32-＋O22）Ca2++2HCO3-→有机碳＋CaCO3↓＋O21）有机碳＋O2→CO2→HCO3-＋H＋2）有机碳＋O2＋CaCO3（s）→Ca2++HCO3-NH4＋→有机氮＋H＋NO3-→有机氮＋OH-有机氮＋O2→NH4＋＋OH-NH4＋→NO3－＋2H＋NO3-→N2↓＋OH-AT不变AT降低AT不变AT增加AT降低*AT增大*AT增大*AT减少*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”。夏季碱度变化的幅度可以作为反映湖泊富营养化程度的一项指标：贫营养湖：∆AT<0.2mmol/L中富营养湖：∆AT=0.6～1.0mmol/L超富营养湖：∆AT>1.0mmol/L

2、碱度与水产养殖的关系（1）碱度可以降低重金属的毒性

：

重金属一般是游离的离子态毒性较大重金属离子能与水中的碳酸盐形成络离子

铜的有毒形式Cu2+、CuOH+：

当湖水的碱度足够大时，加进水中的铜约有90%转化为碳酸盐络合物，

Cu2+、CuOH+的实际浓度很低，因而表现出铜的毒性减少。

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）调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值

Ca2++2HCO3－CaCO3（s）＋H2O+CO2

（3）碱度过高对养殖生物的毒害作用碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH的升高而增加。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＝25r=-0.976)

（雷衍之，1985）

(n=6,r=-0.871)（pH=8.76±0.23,T

=23±2℃）

碱度对鲢幼鱼的24hLC50为51.4mmol/L(pH=8.74±0.34);

盐度对鲢幼鱼的24hLC50为11.2g/L(pH=8.60±0.18)；

碱度和盐度共同作用时，两者的24hLC50大致符合关系：（章征忠，1999）

一些经济鱼类对高碱度的耐受能力有如下顺序：

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

雷衍之提出：四大家鱼（青鱼、草鱼、鲢、鳙）养殖用水碱度的危险指标是10mmol/L

碱度的致毒原理：影响了生物体内的酸碱平衡对水生动物的鳃和表皮有腐蚀作用

三、盐碱地池塘的水质1.盐碱地池塘的水质特点

高盐、高碱、高pH我国有约20×106hm2的低洼盐碱荒地。山东省有低洼盐碱地1000多万亩，开发、利用这部分国土资源，逐步使其成为提供粮食和水产品的基地，将不仅是解决目前盐碱地区人们的温饱问题，增收、增效问题，也是解决我国未来人民食品安全问题的重要途径。

（1）引水排碱

经常抽去复水，将雨水和地下水淋洗出的盐、碱排出，并及时引进淡水，以保持地下水渗透平衡，池水水质将逐步淡化。

（2）施加有机肥，使“生”塘变为“熟”塘①有机肥可以尽快在池塘底部形成淤泥。由于淤泥层的形成可以逐渐隔绝盐碱土基与水层的直接接触，而且淤泥中的腐殖质嵌入土壤的间隙之中，可有效地防止渗漏。②有机肥的另一个重要作用是通过腐解，产生酸性物质，从而可以调节底泥的pH值，抑制盐碱土壤高pH对池水的影响。施加有机肥是改造盐碱水质的重要措施。有机肥最好为绿肥，施肥率一般每亩为750-1000kg。在池塘周围适当种植植物，也可以有效地降低池水的盐碱化程度。2.盐碱地池塘水质改良方法引种浮萍后水体碱度（mmol·L-1）的变化引种浮萍

盐碱地池塘的pH值为弱碱性，因此，主要以HCO3-及CO32-组成。当CO2被植物大量利用时，pH值会升高，水体CO32-的浓度也会增加，当水中Ｃa2+多时，就可能出现CaCO3沉淀:

CO32-+Ｃa2+=CaCO3↓夜晚，呼吸作用增强，02被大量消耗，CO2释放，致使pH值降低，沉淀再溶解。这一过程在苏打型湖泊和池塘中是常出现的。盐碱地池塘通常缺钙。CaCl2处理后总碱度(mmol·L-1)的变化施用CaCl2养殖模式优化实验设施§2-3硫酸根、氯、钠、钾离子一、硫酸根离子1、含量

在淡水中的离子含量一般为HCO3->SO42->Cl-咸水中则是Cl->SO42->HCO3-部分流径富含石膏地层的微咸水，阴离子可能以SO42-最多内陆河水或井水中SO42－的含量一般为10～50mg/L干旱地区的地下水中，SO42－的含量可达到每升数克到数十克海水中SO42－的含量约达2.6g/kg某些工业废水如酸性矿水中有大量SO42－，生活污水中的SO42－含量也比较高。2、来源(1)沉积岩中的石膏（CaSO4·2H2O）和无水石膏(2)自然硫和一些含硫矿物氧化后也可生成可溶性硫酸盐

2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4（黄铁矿）H2SO4＋CaCO3=CaSO4+H2O+CO2(3)火山喷发中的SO2及一些泉水中的H2S也可被氧化为SO42-(4)含硫动、植物残体分解也影响着天然水中SO42-的含量(5)蛋白质的氧化分解产物中含有SO42-(6)含盐量较高的水中，由于盐效应，CaSO4的溶解度会增大

硫在水中存在的价态主要有＋6及－2价，以SO42－、HS－、H2S、含硫蛋白质等形式存在

以其他价态形式存在的，比如SO32－、S2O32－、单质硫等

在不同氧化还原条件下，硫的稳定形态不同。各种形态能互相转化，这种转化一般有微生物参与3、硫在水中的转化蛋白质分解作用

氧化作用还原作用沉淀与吸附作用同化作用（1）蛋白质分解作用在微生物作用下，无论有氧或无氧环境，蛋白质中的硫，首先分解为-2价硫（HS－等）。在无游离氧的环境中HS－可稳定存在，在有游离氧的环境中HS－能迅速被氧化为高价形态。（2）氧化作用在有氧气的环境中，硫磺细菌和硫细菌可把还原态的硫（包括硫化物、硫代硫酸盐等）氧化为元素硫或SO42-：

2H2S＋O22S＋2H2O↓SO42-（3）还原作用(反硫化作用)

在硫酸盐还原菌的作用下，SO42－被还原成硫化物缺乏溶氧:

O2＞0.16mg/L还原作用停止含有丰富的有机物有微生物参与硫酸根离子含量丰富

硫化氢的毒性硫化氢有臭鸡蛋味,当养殖水体的浓度达到

0.1mg/L时，会对水体的鱼虾产生危害。表现在刺激、麻醉鱼虾；影响鱼虾的呼吸

渔业生产用水

硫化物<0.2mg/L（4）沉淀与吸附作用

Fe2++H2SFeS+2H+

2Fe3++3H2S2FeS+S+6H+当水质恶化，有H2S产生时，泼洒含铁药剂可以起到解毒作用。SO42－也可以被CaCO3、粘土矿物等以CaSO4形式吸附共沉淀（5）同化作用

硫是合成蛋白质必需的元素，许多植物、藻类、细菌可以吸收利用SO42－中的硫合成蛋白质。

H2S不被吸收，只有某些特殊细菌可以利用H2S进行“光合作用”，将H2S转变成S或SO42－，同时合成有机物，类似绿色植物的光合作用，只是前者不释放O2。二、氯、钠、钾1、氯离子

生活污水中由于人尿的排入而含Cl-较高，每人每日排出的Cl-大约有5～9g。因此，当天然水中Cl-突然升高时，常可能是受到生活污水或工业废水的污染。因此，Cl-含量常被用作水体受到污染的间接指标-条件污染指示物。

2、钠离子和钾离子

各种天然水中普遍存在Na+在海水中Na+的含量为10.5g/kg左右（当海水盐度为

35左右时），约占全部阳离子质量的84％。

K＋和Na+在地壳中的丰度相近分别为2.60%和2.64%，两者具有相近的化学性质。天然水中K＋的含量一般远比Na+低在Na+含量低于10mg/L的淡水中，K＋的含量只是Na+的10～50％；随着水含盐量的增加，K＋、Na+的含量也增加，但Na+比

K＋含量增加快。K＋/Na+的含量比下降为10％～4％。海水中的K＋/Na+质量比为0.036形成水中这种K＋/Na+质量比的原因（1）K＋容易被土壤胶粒吸附，移动性不如Na+（2）K＋被植物吸收利用

K＋的毒性强于Na+，影响动物的神经活动

鱼种中毒症状：体色渐渐加深，失去平衡；时而仰浮于水面，时而侧卧于水底；有时狂游，有时又显正常的平静，如此持续较长时间至最后死去。

当水中Ca2+含量为11.0-15.6mg/L时，鲤鱼夏花鱼种对K＋24小时的半致死浓度为237～362mg/L。

K＋、Na+对白鲢的安全浓度分别为180mg/L与1000mg/L。

地下井盐水的使用？§2-4海水主要离子组成的恒定性“海水主要成份组成恒定性原理”，或称为“Marcet原理”或“Dittmar定律”—海水的总含盐量或盐度是多变的，但常量成分浓度间的比值几乎保持恒定。作业

根据以下水质主要离子成分的分析结果：1/2CO32-

：0.13mmol/L

HCO3-：

0.84mmol/LCl-:1146mg/LSO42-:190mg/LCa2+:59.4mg/LMg2+:99.2mg/LNH4+: