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1、养殖水环境化学养殖水环境化学 Aquatic environment chemistry in AquacultureAquatic environment chemistry in Aquaculture主讲：张敏主讲：张敏Email：Email： 电话：62686265电话：62686265绪论：绪论： 水化学及其所处的地位水化学及其所处的地位 养殖水环境化学养殖水环境化学 养殖水环境化学的任务养殖水环境化学的任务 学习水化学课程的必要性学习水化学课程的必要性 “水环境化学水环境化学”课程的内容和教学要求课程的内容和教学要求一、水化学及其所处的地位一、水化学及其所处的地位1. 水化学的定义
2、1. 水化学的定义 O. A. 阿列金，水化学（1970）： 主要阐述天然水化学成分的形成过程 及其与环境条件（地质、岩石、土壤、 生物气候、水文等）的相互联系。O. A. 阿列金，水化学（1970）： 主要阐述天然水化学成分的形成过程 及其与环境条件（地质、岩石、土壤、 生物气候、水文等）的相互联系。 V. L. Snoeyink ; 碳酸盐硬度（暂时硬度）：因其在水中煮沸 后，即分解成碳酸盐沉淀析出碳酸盐硬度（暂时硬度）：因其在水中煮沸 后，即分解成碳酸盐沉淀析出 非碳酸盐硬度Hs：硫酸盐，氯化物非碳酸盐硬度Hs：硫酸盐，氯化物 非碳酸盐硬度（永久硬度）：用一般煮沸的方 法不能从水中除去I
3、I，III型水非碳酸盐硬度（永久硬度）：用一般煮沸的方 法不能从水中除去II，III型水 Hc和Hs构成总硬度Hc和Hs构成总硬度 负硬度：总碱度减去总硬度所得差数，即 这部分CO负硬度：总碱度减去总硬度所得差数，即 这部分CO32-32-、HCO、HCO3-3-因Ca因Ca2+2+、Mg、Mg2+2+太少，只好 以Na太少，只好 以Na+ +、K、K+ +盐形式存在盐形式存在I型I型（二）硬度与养殖生产的关系（二）硬度与养殖生产的关系1作为营养元素：N、P、Si被称为第一位的营养元 素，而Mg1作为营养元素：N、P、Si被称为第一位的营养元 素，而Mg2+2+和Ca和Ca2+2+是第二位营养
4、元素是第二位营养元素0 100 200 300 400 5000 100 200 300 400 50060004000200006000400020000logy=2.31+3.99logx r=0.78logy=2.31+3.99logx r=0.78藻类现存量藻类现存量g(干 重)/L溶解Ca浓度g(干 重)/L溶解Ca浓度mol/Lmol/L某些湖泊藻类现存量与溶解Ca的关系某些湖泊藻类现存量与溶解Ca的关系2作为水质、底质的改良剂2作为水质、底质的改良剂稳定pH值；增加底质的透气性，促进好气微生物的活动，加速有机物的分解矿化稳定pH值；增加底质的透气性，促进好气微生物的活动，加速有机
5、物的分解矿化 夏季光合作用旺盛，Ca夏季光合作用旺盛，Ca2+2+与CO与CO32-32-结合析出CaCO结合析出CaCO3 3沉淀有利于有机物絮凝、聚沉沉淀有利于有机物絮凝、聚沉3对有毒金属离子有拮抗作用3对有毒金属离子有拮抗作用 CaCa2+2+的存在可减少水生生物（鱼类）对重 金属离子的吸附的存在可减少水生生物（鱼类）对重 金属离子的吸附减弱重金属离子的毒 性 4对施肥效果的影响减弱重金属离子的毒 性 4对施肥效果的影响二、水的碱度 Alkalinity of Water二、水的碱度 Alkalinity of Water1碱度 （Alkalinity）的定义1碱度 （Alkalinit
6、y）的定义 Alkalinity refers to the ability of water to resist change in pH Alkalinity refers to the ability of water to resist change in pH 碱度：指水中所含的能与强酸发生中和作 用的全部物质的总量，即能接受质子(H碱度：指水中所含的能与强酸发生中和作 用的全部物质的总量，即能接受质子(H+ +) 的物质的总量) 的物质的总量 碱度的单位：m mol/L碱度的单位：m mol/L 包括：OH包括：OH- -、NH、NH3 3以及各种弱酸根（SiO以及各种弱酸根（Si
7、O32-32-、HS、 HS- -、H、H2 2POPO4-4-、HCO、HCO3-3-、CO、CO32-32-等）等） 养殖水体：主要是HCO养殖水体：主要是HCO3-3-和CO和CO32-32- 总碱度Alk：HCO总碱度Alk：HCO3-3-和CO和CO32-32-Alkalinity的组成Alkalinity的组成 光合作用光合作用1）2HCO1）2HCO3-3- CO CO2 2+ CO+ CO32-32-有机碳 + CO有机碳 + CO32-32-+ O+ O2 2A AT T 不变 2）Ca不变2）Ca2+2+ 2HCO+ 2HCO3-3- 有机碳 + CaCO 有机碳 + Ca
8、CO3 3(s) + O(s) + O2 2 A AT T降低降低 呼吸作用呼吸作用1）有机碳 + O1）有机碳 + O2 2 CO CO2 2 HCO HCO3-3- H H+ +A AT T不变2）有机碳 + O不变2）有机碳 + O2 2+CaCO+CaCO3 3(s) Ca(s) Ca2+ 2+ + HCO+ HCO3-3- A AT T增加增加2养殖水体中影响碱度的因素2养殖水体中影响碱度的因素A AT T NONO3-3-同化NO同化NO3-3- 有机氮 + OH 有机氮 + OH- - NHNH4+4+同化NH同化NH4+ 4+ 有机氮 + H 有机氮 + H+ + 氨化作用有机
9、氮 NH氨化作用有机氮 NH4+ 4+ + OH+ OH- - 硝化作用NH硝化作用NH4+ 4+ NO NO3-3-+ H+ H+ + 3不同形式碱度的日变化3不同形式碱度的日变化图中：实线为表水层、虚线为底水层图中：实线为表水层、虚线为底水层碱度的日变化碱度的日变化水层项目早晨到午后午后到 傍晚 表层HCO水层项目早晨到午后午后到 傍晚 表层HCO3-3- CO CO32-32- 底层HCO 底层HCO3-3- CO CO32-32- mg/L mmol/L30.0 0.6025.0 0.5020.0 0.4015.0 0.3010.0 0.205.0 0.106 10 14 18 22(
10、时时)HCO3-HCO3-CO32-4天然水体内碱度的生态学意义4天然水体内碱度的生态学意义（1）可维持pH值相对稳定（1）可维持pH值相对稳定 范围适宜、稳定的pH值是水生生物生长繁殖的重 要条件之一范围适宜、稳定的pH值是水生生物生长繁殖的重 要条件之一 足够的碱度可促进有机悬浮物及胶体物质的絮凝足够的碱度可促进有机悬浮物及胶体物质的絮凝 可中和多余有机酸以促进微生物的活动，加速有 机物分解，增强水质肥力可中和多余有机酸以促进微生物的活动，加速有 机物分解，增强水质肥力 要求水体的总碱度值不得小于0.4mmol/L要求水体的总碱度值不得小于0.4mmol/L（2）可与重金属离子形成络合物或
11、离子对 （3）光合作用旺盛时，还可提供足够的CO（2）可与重金属离子形成络合物或离子对 （3）光合作用旺盛时，还可提供足够的CO2 2 （4）碱度太高有毒性 （5）碱度过低，能够被浮游植物利用的有效 碳低，因而限制了初级生产力，影响了鱼 产量（4）碱度太高有毒性 （5）碱度过低，能够被浮游植物利用的有效 碳低，因而限制了初级生产力，影响了鱼 产量第三节硫酸盐Sulphate硫化物Sulfide氯化物Chloride第三节硫酸盐Sulphate硫化物Sulfide氯化物Chloride一、硫酸盐的来源及硫在水体内的循环一、硫酸盐的来源及硫在水体内的循环1硫酸盐的来源1硫酸盐的来源 参照主要离子的
12、来源参照主要离子的来源 特殊来源特殊来源酸雨。即在酸性雨中含有较 高浓度的SO酸雨。即在酸性雨中含有较 高浓度的SO42-42-，雨水到达地面通过径流或 渗流进入天然水体或养殖水体，雨水到达地面通过径流或 渗流进入天然水体或养殖水体 煤燃烧：SO煤燃烧：SO2 2 SOSO3 3 H H2 2SOSO4 4 2硫在水体中的循环2硫在水体中的循环有色硫磺 细菌和硫 化细菌有色硫磺 细菌和硫 化细菌同化利用藻类异养菌同化利用藻类异养菌外界进入外界进入淤泥硫化物淤泥硫化物淤泥硫化物淤泥硫化物丝菌科硫内细菌丝菌科硫内细菌扩散扩散硫化 细菌硫化 细菌硫硫酸酸盐盐还还原原扩 散扩 散有氧带与含硫 化氢带界
13、线有氧带与含硫 化氢带界线SOSO42-42-S蛋白S蛋白SOSO42-42-SOSO42-42-H H2 2S SS+SOS+SO42-42-H H2 2S SH H2 2S SH H2 2S SH H2 2S SH H2 2S SS蛋白S蛋白沉 积沉 积腐败腐败The aquatic Sulfur Cycle The aquatic Sulfur Cycle 硫的存在形式有：H硫的存在形式有：H2 2S、SOS、SO42-42-、S蛋白、单质S和MeS等、S蛋白、单质 S和MeS等 有氧带硫的主要形式：S蛋白和SO有氧带硫的主要形式：S蛋白和SO42-42- 厌氧带硫的主要形式：S蛋白、H
14、厌氧带硫的主要形式：S蛋白、H2 2S （MeS），可能短暂时间内出现单质S和 SOS （MeS），可能短暂时间内出现单质S和 SO42-42- 各形式的硫以扩散、S蛋白的沉积和S的氧 化还原等方式联系起来各形式的硫以扩散、S蛋白的沉积和S的氧 化还原等方式联系起来二、pH值对H二、pH值对H2 2S不同存在形式的影响S不同存在形式的影响H H2 2S为二元弱酸S为二元弱酸pH pH 56567 78 89 91010H H2 2S % HSS % HS- -% S% S2-2-% %99.4 0. 6 9时，主要以HS当pH9时，主要以HS- -存在存在S S2-2-通常含量甚微通常含量甚微
15、 结论： （1）天然水在pH范围内，如果有H结论： （1）天然水在pH范围内，如果有H2 2S生成， 则主要是以HSS生成， 则主要是以HS- -的形式存在；在酸性底泥 中，则主要以H的形式存在；在酸性底泥 中，则主要以H2 2S或MeS形式存在 （2）pH值越低，硫化物毒性愈强S或MeS形式存在 （2）pH值越低，硫化物毒性愈强三、硫酸盐的还原和影响因素三、硫酸盐的还原和影响因素1溶解氧1溶解氧 天然水体：氧是最强的氧化剂，S天然水体：氧是最强的氧化剂，S2-2-是最强 的还原剂是最强 的还原剂当水中DO条件比较好时（DO 0.16mg/L），不可能有H当水中DO条件比较好时（DO 0.16mg/L），不可能有H2 2S的生成S的生成 中上层水体DO一般不会P 鱼池施有机肥后，容易造成缺氧 经过一段时间： 有
