養(yǎng)殖水體的氧化還原狀態(tài)與有機(jī)物的氧化分解

一、養(yǎng)殖水體的氧化還原狀態(tài)

水的氧化狀態(tài)與還原狀態(tài)的分界不是絕對的，通常將含有豐富溶解氧的水稱為氧化態(tài)的水(氧化環(huán)境)，一般未受到人類活動干擾、水交換良好的天然水均為氧化態(tài)的水。反之，如一些投苗密度過高、投餌量過大，又缺乏增氧設(shè)備的養(yǎng)殖塘，常導(dǎo)致池水溶氧量過低，特別是在高溫季節(jié)的底層水，可能轉(zhuǎn)化為還原性環(huán)境;還有一些水交換較差的水域，如含豐富有機(jī)質(zhì)的沼澤水、地下水及海洋深處等，也常呈現(xiàn)還原狀態(tài)。在一般情況下，常以地下水面作為地層氧化環(huán)境和還原環(huán)境的分界面。

在含氧豐富的氧化水環(huán)境與缺氧的還原環(huán)境中，常見元素的主要存在形態(tài)如表1。從表2可知，變價元素可以多種形態(tài)同時存在于水環(huán)境中，但在不同的環(huán)境中，主要存在形態(tài)不同。如氮元素,在富含氧水中, NO3-是主要存在形態(tài),含量最高;在還原環(huán)境中NH4+(NH3)的含量往往熱很高, NO3-含量很低,甚至有時無法檢出.

表1、不同氧化還原水環(huán)境中常見元素的存在形態(tài)

在不同的氧化還原環(huán)境中,隨著EH的降低,有機(jī)物氧化時接受電子的物質(zhì)也隨著改變,即氧化分解有機(jī)物的氧化劑發(fā)生相應(yīng)的變化,因而所生成的產(chǎn)物也不一樣。

當(dāng)水中溶解氧含量豐富時，溶解氧作為氧化劑，即通常是電子的接受體，此時水的EH一般為0.4V左右。但生物很快消耗水體中的溶解氧，并開始使用氧化的無機(jī)和有機(jī)物作為代謝中氫和電子受體，換句話說，由于氧化態(tài)化合物作為代謝過程中的氧化劑而減少，這導(dǎo)致水體或底泥的氧化程度相對下降，所以EH降低。在特定的EH時水中出現(xiàn)各種各樣的還原性物質(zhì)。據(jù)報道，在大約0.34V時,亞硝酸出現(xiàn),在大約0.2V時,可檢測到亞鐵離子,在大約0.1V時,發(fā)現(xiàn)硫化氫。亞鐵離子的出現(xiàn)與溶解氧的耗竭接近一致。

從實踐角度看，如果水體和底泥的溶解氧耗竭，即使EH還不是負(fù)值，其條件也有利于某些物質(zhì)的還原作用。甚至底泥表面是氧化態(tài)，泥里面也會產(chǎn)生還原條件。圖1為這種現(xiàn)象的表現(xiàn)。

在其它條件相同的情況下，有機(jī)物濃度高的塘泥比有機(jī)物濃度低的塘泥還原條件所出現(xiàn)的深度要淺得多。觀察塘泥一般可以從顏色中判斷出是氧化態(tài)還是還原態(tài)。一些亞鐵離子化合物是黑色的，所以還原態(tài)的泥是黑色的。氧化態(tài)泥的表面可能覆蓋一層棕色膠狀物或呈現(xiàn)其它天然顏色。

二、水環(huán)境中有機(jī)物的氧化分解

當(dāng)水中溶氧含量豐富時，通過好氧菌的作用，有機(jī)物可以得到徹底的氧化分解，最終的產(chǎn)物基本無毒：

(CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2--→106CO2+16HNO3+122H2O+H3PO4

在溶解氧豐富的水環(huán)境中，高價元素的化合物，如NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2等是穩(wěn)定的;如果水中溶解氧被耗盡而成為無氧水時，NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2將被還原為NH4+、Fe2+、S2-、Mn2+等。

在缺氧條件下，有機(jī)物氧化分解不完全，會產(chǎn)生對水生生物無益甚至有害的物質(zhì)。例如，當(dāng)溶解氧被耗盡，以NO3-作為氧化劑時，有機(jī)物的氧化分解將在厭氧菌作用下發(fā)生脫氮反應(yīng)。此反應(yīng)如果發(fā)生在養(yǎng)殖池塘，池水的肥力將被降低：

(CH2O)106(NH3)16H3PO4+84.8HNO3--→106CO2+42.4N2+148.4H2O+16NH3+ H3PO4

若水中尚含有足量的NO3-,則NH3可以繼續(xù)被氧化,發(fā)生脫氮反應(yīng):

5 NH3+3HNO3--→4N2+9 H2O

若水中NO3-也被消耗盡,有機(jī)物便以SO42-作為氧化劑,通過厭氧菌的作用生成對水生生物有害的NH3與H2S:

(CH2O)106(NH3)16H3PO4+53H2SO4--→106CO2+53H2S+16 NH3