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簡介：林文輝，中國水產(chǎn)科學研究院珠江水產(chǎn)研究所研究員，并擔任社會經(jīng)濟發(fā)展咨詢委員會顧問。主要研究、探索健康養(yǎng)殖的環(huán)境問題，大力推廣健康養(yǎng)殖，得到了行業(yè)的廣泛認可。曾參與國家獸醫(yī)協(xié)會《水產(chǎn)執(zhí)業(yè)獸醫(yī)考試指南》編寫，翻譯美國奧本大學池塘環(huán)境經(jīng)典專著《池塘養(yǎng)殖水質(zhì)》和《池塘養(yǎng)殖底質(zhì)》，奠定了我國池塘生態(tài)研究理論基礎。
以下文章來自于林文輝的QQ空間連載文章：池塘里的那些事兒！已出版成書，內(nèi)容很多，本文（本站）將分批轉(zhuǎn)載分享！
pH是水體中氫離子濃度的負對數(shù)（pH=-log［H+］）。pH每上升或降低1個單位，氫離子濃度相差10倍。
影響水體pH的因素包括水體屬性自身的pH（我們稱之為pH原點，由水體中陰陽離子當量平衡狀態(tài)所決定），以及水體中二氧化碳消長平衡（生物呼吸產(chǎn)生二氧化碳，pH下降，藻類或植物光合作用消耗二氧化碳，pH上升）。還有其它一些因素也會引起pH變化，如銨離子會引起pH上升，而銨轉(zhuǎn)化為硝酸后會引起pH下降，硝酸脫氮會引起pH上升。當然，生物的呼吸作用和光合作用對pH的影響是最大的。我們?nèi)粘Ｔ诔靥了w檢測到的pH值是一個表觀綜合數(shù)值。
池塘中日常pH的管理（調(diào)控）包括兩個層次或內(nèi)容：一個是pH調(diào)節(jié)，另一個是pH控制。pH調(diào)節(jié)是指對水體屬性的矯正，即對pH原點的調(diào)整；pH控制是對pH變化的幅度、漂移方向的控制，本質(zhì)上是通過對生物活性（光合作用和呼吸作用）的調(diào)節(jié)來控制二氧化碳的消長，從而干預pH的走向。
水體中pH的緩沖體系是碳酸體系。因此，必須了解碳酸體系，才能實現(xiàn)對pH的科學調(diào)控。
封閉條件下，給定溶解無機碳（DIC）的濃度，隨著pH的變化，水體中的二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根之間的比例發(fā)生相應的變化（圖3）。這是大家所熟悉的。
圖3、封閉條件下平衡時溶解無機碳（二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根）與pH的關(guān)系。
但是，池塘是“半開放”的體系，之所以說是半開放，是因為水體中的二氧化碳與大氣中的二氧化碳之間存在著交換，但又很難短時間內(nèi)達到平衡狀態(tài)。
很多人沒有真正理解圖3，總以為當pH高于8.3時，水體中“沒有二氧化碳”，其實，在開放體系下，與大氣平衡時，水體中二氧化碳的濃度是不隨pH的變化而變化的（圖4）。在給定溫度、鹽度的情況下，二氧化碳的濃度只與大氣二氧化碳濃度（pCO2）和二氧化碳溶解常數(shù)（k0）有關(guān)（［CO2］=pCO2Xk0）。
圖4、開放條件下平衡時溶解無機碳（二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根）與pH的關(guān)系。
從圖4可以看出，水體中溶解的無機碳隨著pH的上升而上升。
從圖4可以看出，pH7.5以下水體中的溶解的無機碳含量很低，根本滿足不了光合作用的需要，而當pH高于8.5時，碳酸根含量開始上升，可能又對養(yǎng)殖動物有不良影響（圖4的鹽度是千份之一，鹽度不同碳酸根拐點不同）。這就解釋了一般池塘水質(zhì)pH為什么要在7.5～8.5之間。
13pH的管理（2）要管理好pH，首先要明白pH為什么變化？變化規(guī)律是什么？所以，必須了解一下相關(guān)的理論和相關(guān)的術(shù)語：總堿度（TA）、碳酸氫根（HCO3）、碳酸根（CO3）、羥離子（OH）、氫離子（H），且［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］-［H］……（1）二氧化碳（CO2）、碳酸離解常數(shù)（k1），碳酸氫根離解常數(shù)（k2）且［CO3］=［HCO3］k2/［H］=［CO2］k1k2/［H］^2……（3）水的電離常數(shù)（kW），大氣二氧化碳濃度（pCO2），二氧化碳溶解常數(shù)（k0），且［TA］=［CO2］（［H］k1+2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］-［H］［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中可以見到，［H］的濃度變化是隨著［CO2］而變化的。白天浮游植物光合作用吸收水體中的二氧化碳的速度大于水體中各種生物呼吸產(chǎn)生的二氧化碳，造成水體的二氧化碳的濃度降低，為了維持方程兩邊的平衡，［H］濃度相應降低，pH上升。夜間或陰天光合作用停止或下降，呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳的速度大于二氧化碳的消耗，造成水體中二氧化碳的濃度上升，為了維持方程兩邊的平衡，［H］濃度相應增加，pH下降。這就是池塘水體pH 24小時的變化模式。其次，單位二氧化碳變化所引起的pH變化幅度取決于總堿度的濃度，總堿度越高，pH變化幅度越小。也就是說，總堿度對pH有比較強的緩沖作用。當水體中的二氧化碳濃度等于k0pCO2，即水體中的二氧化碳濃度與大氣二氧化碳濃度平衡時，水體的pH就是pH原點。即（方程5代入方程6）有［H］^3 +［TA］［H］^2 -（k0pCO2k1 + kW）［H］- 2k0pCO2k1k2 = 0 ……（7）需要說明的是，方程中的所有參數(shù)，k0、k1、k2、kW都是鹽度和溫度的函數(shù)，也就是說，鹽度和溫度不同，上述參數(shù)的值都不同（可查表）。其次，很多論文上大氣二氧化碳平均濃度是按350ppm計算的，但由于近年來大氣二氧化碳濃度上升，根據(jù)網(wǎng)絡資料，目前全球大氣二氧化碳的平均濃度是400 ppm。pH的調(diào)節(jié)本質(zhì)上是四大陽離子和四大陰離子當量平衡度的調(diào)節(jié)。換句話說，pH的調(diào)節(jié)是通過八大離子之間比例的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。因此，pH的調(diào)節(jié)必然牽涉到堿度和硬度，特別是鈣硬度。例如，A區(qū)和D區(qū)是堿度、硬度、pH同時調(diào)節(jié)的；B區(qū)是堿度、pH同時調(diào)節(jié)，可對硬度進行微調(diào)；C區(qū)只調(diào)節(jié)硬度，也可微調(diào)堿度；F區(qū)是提高pH、提高堿度的同時降低硬度，而G區(qū)是降低pH、提高硬度的同時降低堿度。不同屬性的水質(zhì)調(diào)節(jié)各不相同。很多養(yǎng)殖朋友都會問，到底我的池塘水堿度、鈣硬度、pH該怎么調(diào)節(jié)？用什么物質(zhì)調(diào)節(jié)？用量多少？能調(diào)節(jié)到什么程度，哪個點是最佳的？由于不同池塘水體的水質(zhì)屬性不同，調(diào)節(jié)的手段、劑量、所能達到的水平以及最佳點都不一樣，因此，很難回答，甚至可以說無法回答上面的問題。那池塘水質(zhì)是不是意味著沒辦法精確調(diào)節(jié)了？那也不是。池塘水質(zhì)是可以精確調(diào)節(jié)的，只是需要知道池塘水質(zhì)屬性才能精確調(diào)節(jié)。就像給人調(diào)理身體一樣，要先把脈診斷，才能正確地開出有效的處方！如果一個人沒幫你把脈，就給你開藥方，能對癥下藥嗎？閉著眼睛隨便給你開的藥你敢服用嗎？池塘水質(zhì)是可以精確調(diào)節(jié)的，只是需要數(shù)據(jù)，計算也十分復雜，需要有一定水平的化學、生物化學和數(shù)學知識。水質(zhì)調(diào)節(jié)中牽涉到的術(shù)語除了前面講過的 TA、HCO3、CO3、CO2、H、OH、k0、k1、k2、kW、pCO2外，還有鈣離子（Ca）碳酸鈣飽和常數(shù)，或稱碳酸鈣溶度積（kSPCaCO3），同樣，碳酸鈣飽和常數(shù)也是溫度和鹽度的函數(shù)（從接近純淡水到標準海水相差接近100倍?。?。水質(zhì)調(diào)節(jié)或pH調(diào)節(jié)的目標是將水體八大離子中的碳酸根和鈣離子調(diào)節(jié)到碳酸鈣飽和的臨界狀態(tài)，并使pH落在養(yǎng)殖動物適應的范圍內(nèi)。因此，水質(zhì)調(diào)節(jié)精確的化學計量基本方程包括：［Ca］［CO3］= kSPCaCO3 ……（8）根據(jù)［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］［TA］=［CO3］（［H］/k2 + 2）+ kW/［H］-［H］［CO3］=（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）……（9）［TA］= k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10）［Ca］（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11）聯(lián)立方程10和方程11，就可以解決各種不同水質(zhì)屬性的調(diào)節(jié)方法和精確的化學計量。A區(qū)和D區(qū)的pH優(yōu)化和調(diào)節(jié)。A區(qū)和D區(qū)鈣硬度和堿度比較接近，對于A區(qū)而言，如果碳酸鈣還沒達到飽和，可以用石灰（氧化鈣，CaO）優(yōu)化。對于D區(qū)而言，需要用比較大量的石灰調(diào)節(jié)，才能將D區(qū)調(diào)節(jié)到A區(qū)，計算方法是相同的。將 1 摩爾石灰施到池塘水里，水合后形成 1 氫氧化鈣［Ca（OH）2］，水解產(chǎn)生 1 摩爾鈣離子（Ca）和 2 摩爾羥離子（OH）羥離子吸收二氧化碳產(chǎn)生碳酸氫根（HCO3）和碳酸根（CO3），水體總堿度（TA）增加 2 摩爾。假設池塘中施入 x 摩爾的石灰，水中碳酸鈣可以達到沉淀臨界點。根據(jù)方程（10）和（11）有：［TA］+ 2x = k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10a）（［Ca］+ x ）（［TA］+ 2x - kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11a）重排方程（10a），得x的代數(shù)式，代入方程（11a），解出［H］的值，該值的負對數(shù)（-log［H］）就是調(diào)節(jié)后的pH原點。將［H］的值代入方程（10a），解出石灰的用量x。將該水體調(diào)節(jié)到碳酸鈣飽和臨界點所需要的石灰的量是=56x（克/升）。其中56是石灰的分子量。導致D區(qū)堿度和鈣硬度偏低的原因有可能是池塘土壤缺鈣，當水體中鈣濃度提高后，會與土壤進行離子交換，導致水體鈣的流失。因此，需要進行多次調(diào)節(jié)。此外，對于D區(qū)而言，可能需要大劑量的石灰，如果池塘已經(jīng)在進行養(yǎng)殖，石灰的使用必須根據(jù)水體中氨氮的濃度掌握科學的劑量，避免由于pH變化過大或分子氨過高而造成對魚蝦的傷害或甚至死亡。如果水體硬度都是鈣硬度，這樣會影響堿度的提升?；蛟S，我們不需要這么高的鈣硬度，我們可以用部分鎂硬度來取代鈣硬度，適當降低鈣硬度可以進一步提高總堿度以便提高光合作用效率。那么，我們可以鎖定鈣硬度去計算總堿度。假設我們設定鈣濃度為［Ca］+ a，（ay，則需要投入184.3y（克/升）的碳酸鈣鎂（白云石粉）和56（a - y）（克/升）石灰。如果y>a，則需要投入184.3a（克/升）白云石粉和86.3（y - a）（克/升）碳酸鎂。
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