池塘里的那些事兒：總堿度（100、101、102）

簡介：林文輝，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所研究員，并擔(dān)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(xué)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(chǔ)。

100總堿度（1）

水體中的堿度來源于空氣二氧化碳和溶解的碳酸鹽礦物（主要來自石灰石和白云石）。

我們假設(shè)在大氣中水蒸氣剛形成水滴時，水是純的，有部分水分子電離：

H2O → H + OH

并且[H][OH] = kW（kW≈10^-14）

則水中只有H離子和OH離子，并且：

[H]=[OH]，

（很明顯，[H]=kW^1/2，所以純水的pH是中性的，-logH = -1/2 logkW = 7)

當(dāng)雨水與空氣中的二氧化碳接觸后，二氧化碳溶解于水中，部分二氧化碳與水結(jié)合產(chǎn)生水合二氧化碳，即碳酸，碳酸水解產(chǎn)生碳酸氫根和H離子，碳酸氫根再水解產(chǎn)生碳酸根和H離子（碳酸體系向右移）：

CO2 + H2O → H2CO3 → H + HCO3 → 2H + CO3

則此時水中除了H離子和OH離子外，還有HCO3和CO3離子，并且：

[H]= [HCO3] + 2[CO3] + [OH]

很明顯，[H]大于[OH]，所以雨水偏酸。此時水體中的溶解無機碳濃度為二氧化碳的溶解度，即[DIC] = [CO2] + [HCO3] + [CO3]，而此時總堿度，[TA] = [HCO3]+ 2[CO3] + [OH] - [H] = 0。

當(dāng)雨水落到地面，與石灰石（碳酸鈣，CaCO3）接觸，水體中的碳酸會溶解石灰石：

CaCO3 + HCO3 → Ca+ 2HCO3

與白云石 [碳酸鈣，CaMg(CO3)2]接觸，同樣，水體中的碳酸會溶解白云石：

CaMg(CO3)2 + 2HCO3 → Ca+ Mg + 4HCO3

此時水體中則有

[H] + 2[Ca] + 2[Mg] = [HCO3] + 2[CO3] + [OH]

很明顯，在天然水體中，有硬度（鈣+鎂）才有堿度，并且2[Ca] + 2[Mg] ≈ [HCO3] + 2[CO3]，即總堿度約等于總硬度。此外，隨著水體中 [HCO3] 和[CO3]的增加，碳酸平衡體系往左移：

2H + CO3 → H + HCO3 → H2CO3 → CO2↑ + H2O

導(dǎo)致水體中 [HCO3] + 2[CO3] < 2[Ca] + 2[Mg]，引起 [OH]增加，使得[OH]大于[H]，即隨著總堿度的上升，pH逐步增加而致使水體呈弱堿性。

因此，天然無污染的水體具有一定的總堿度，并且總堿度約等于總硬度以及呈弱堿性的特征。

101總堿度（2）

天然水體由于水所接觸的礦物質(zhì)種類很復(fù)雜且多樣化，因此，水的組成也是很復(fù)雜和多樣化的。想簡單地說明很困難。因此，我們可以簡化一下，用一個簡單的模型來說明水體中總堿度的大致范圍。

假設(shè)我們在燒杯中裝入蒸餾水，再加入碳酸鈣粉末，在開放的條件下不斷攪拌，使碳酸鈣溶解，那么，最終的總堿度是多少？（實驗裝置如下圖，溫度為25℃，假設(shè)大氣二氧化碳濃度為400ppm，且不限時間）

當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，有：

[H] + 2[Ca] =[HCO3] + 2[CO3] + [OH]

且：

[Ca][CO3] =kSP(CaCO3)

通過模擬計算，我們可以得到如下的理論數(shù)據(jù)：

平衡時，碳酸鈣達到飽和，鈣硬度約為50毫克碳酸鈣/升

在本系統(tǒng)中總堿度等于鈣硬度，即總堿度接近50毫克碳酸鈣/升；

總無機碳（DIC)接近 1 毫摩爾/升；

請注意當(dāng)鈣硬度等于0時，DIC非常小，說明沒有陽離子的存在，二氧化碳的溶解度非常低，水體中溶解的無機碳非常有限。

pH 從二氧化碳飽和的蒸餾水的5.65上升到碳酸鈣飽和的接近8.2；

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，二氧化碳飽和的純水是很酸的，但少量的碳酸鈣就可以大幅度改善水體的可養(yǎng)殖屬性。當(dāng)然，天然水體要比這“純水”復(fù)雜得多，盡管如此，水的活度高的水體硬度和堿度都不會很高，因為在水的活度高的情況下，碳酸鈣的溶解度積很小。

102總堿度（3）

由于碳酸鈣的溶解度積很小，所以，當(dāng)水體中只有鈣硬度時，限制了堿度的提高。因此，添加非鈣硬度，通常為鎂硬度，可以進一步提高總堿度。

假設(shè)我們在燒杯中裝入蒸餾水，再加入碳酸鈣鎂粉末代替碳酸鈣粉，在開放的條件下不斷攪拌，使碳酸鈣鎂溶解，理論上我們可以得到如下結(jié)果：

平衡時，鈣硬度從碳酸鈣粉的接近50毫克碳酸鈣/升降低到碳酸鈣鎂粉接近40毫克碳酸鈣/升；

鈣的降低為總堿度的提高留下空間。雖然鈣硬度降低，但總硬度提高。因為碳酸鈣鎂中含有與鈣等當(dāng)量的鎂。總硬度為鈣硬度的兩倍。

總堿度由碳酸鈣粉的接近50毫克碳酸鈣/升增加到碳酸鈣鎂粉接近80毫克碳酸鈣/升；

總無機碳由碳酸鈣粉的接近 1 毫摩爾/升上升到碳酸鈣鎂粉的 1.5 毫摩爾/升。

pH與碳酸鈣粉大致相同：

說明用碳酸鈣鎂（白云石粉）改良池塘環(huán)境對pH的影響與碳酸鈣差不多。

因此，在鈣能滿足養(yǎng)殖動物作為生理機能需要的前提下，適當(dāng)提高鎂硬度可以有效地提高池塘的總堿度和總硬度。

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