读懂pH,是池塘水质管理的基础

pH的管理(1)

pH是水体中氢离子浓度的负对数(pH=-log[H+])。pH每上升或降低1个单位,氢离子浓度相差10倍。

影响水体pH的因素包括水体属性自身的pH(我们称之为pH原点,由水体中阴阳离子当量平衡状态所决定),以及水体中二氧化碳消长平衡(生物呼吸产生二氧化碳,pH下降,藻类或植物光合作用消耗二氧化碳,pH上升)。还有其它一些因素也会引起pH变化,如铵离子会引起pH上升,而铵转化为硝酸后会引起pH下降,硝酸脱氮会引起pH上升。当然,生物的呼吸作用和光合作用对pH的影响是最大的。我们日常在池塘水体检测到的pH值是一个表观综合数值。

池塘中日常pH的管理(调控)包括两个层次或内容:一个是pH调节,另一个是pH控制。pH调节是指对水体属性的矫正,即对pH原点的调整;pH控制是对pH变化的幅度、漂移方向的控制,本质上是通过对生物活性(光合作用和呼吸作用)的调节来控制二氧化碳的消长,从而干预pH的走向。

水体中pH的缓冲体系是碳酸体系。因此,必须了解碳酸体系,才能实现对pH的科学调控。

封闭条件下,给定溶解无机碳(DIC)的浓度,随着pH的变化,水体中的二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根之间的比例发生相应的变化(图1)。这是大家所熟悉的。

ph的图片 第1张

图1 封闭条件下平衡时溶解无机碳(二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根)与pH的关系。

但是,池塘是“半开放”的体系,之所以说是半开放,是因为水体中的二氧化碳与大气中的二氧化碳之间存在着交换,但又很难短时间内达到平衡状态。

很多人没有真正理解图1,总以为当pH高于8.3时,水体中“没有二氧化碳”,其实,在开放体系下,与大气平衡时,水体中二氧化碳的浓度是不随pH的变化而变化的(图2)。在给定温度、盐度的情况下,二氧化碳的浓度只与大气二氧化碳浓度(pCO2)和二氧化碳溶解常数(k0)有关([CO2]=pCO2Xk0)。

ph的图片 第2张
图2开放条件下平衡时溶解无机碳(二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根)与pH的关系。

从是图2可以看出,水体中溶解的无机碳随着pH的上升而上升。

从图2可以看出,pH7.5以下水体中的溶解的无机碳含量很低,根本满足不了光合作用的需要,而当pH高于8.5时,碳酸根含量开始上升,可能又对养殖动物有不良影响(图2的盐度是千份之一,盐度不同碳酸根拐点不同)。这就解释了一般池塘水质pH为什么要在7.5~8.5之间。

pH的管理(2)

要管理好pH,首先要明白pH为什么变化?变化规律是什么?所以,必须了解一下相关的理论和相关的术语:

总碱度(TA)、碳酸氢根(HCO3)、碳酸根(CO3)、羟离子(OH)、氢离子(H),且

[TA]=[HCO3]+ 2[CO3]+[OH]-[H]……(1)

单位:摩尔/升,方括号表示浓度,下同。

二氧化碳(CO2)、碳酸离解常数(k1),碳酸氢根离解常数(k2)且

[HCO3]=[CO2]k1/[H]……(2)

[CO3]=[HCO3]k2/[H]=[CO2]k1k2/[H]^2……(3)

水的电离常数(kW),大气二氧化碳浓度(pCO2),二氧化碳溶解常数(k0),且

[OH]= kW/[H]……(4)

[CO2]= k0pCO2……(5)

将方程(2)、(3)、(4)代入方程(1)得:

[TA]=[CO2]([H]k1+2k1k2)/[H]^2 + kW/[H]-[H]

整理得:

[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中可以见到,[H]的浓度变化是随着[CO2]而变化的。白天浮游植物光合作用吸收水体中的二氧化碳的速度大于水体中各种生物呼吸产生的二氧化碳,造成水体的二氧化碳的浓度降低,为了维持方程两边的平衡,[H]浓度相应降低,pH上升。夜间或阴天光合作用停止或下降,呼吸作用产生二氧化碳的速度大于二氧化碳的消耗,造成水体中二氧化碳的浓度上升,为了维持方程两边的平衡,[H]浓度相应增加,pH下降。这就是池塘水体pH 24小时的变化模式。

其次,单位二氧化碳变化所引起的pH变化幅度取决于总碱度的浓度,总碱度越高,pH变化幅度越小。也就是说,总碱度对pH有比较强的缓冲作用。

当水体中的二氧化碳浓度等于k0pCO2,即水体中的二氧化碳浓度与大气二氧化碳浓度平衡时,水体的pH就是pH原点。即(方程5代入方程6)有

[H]^3 +[TA][H]^2 -(k0pCO2k1 + kW)[H]- 2k0pCO2k1k2 = 0 ……(7)

需要说明的是,方程中的所有参数,k0、k1、k2、kW都是盐度和温度的函数,也就是说,盐度和温度不同,上述参数的值都不同(可查表)。其次,很多论文上大气二氧化碳平均浓度是按350ppm计算的,但由于近年来大气二氧化碳浓度上升,根据网络资料,目前全球大气二氧化碳的平均浓度是400 ppm。

pH的管理(3)

pH的调节。

pH的调节本质上是四大阳离子和四大阴离子当量平衡度的调节。换句话说,pH的调节是通过八大离子之间比例的调节来实现的。

因此,pH的调节必然牵涉到碱度和硬度,特别是钙硬度。例如,A区和D区是碱度、硬度、pH同时调节的;B区是碱度、pH同时调节,可对硬度进行微调;C区只调节硬度,也可微调碱度;F区是提高pH、提高碱度的同时降低硬度,而G区是降低pH、提高硬度的同时降低碱度。不同属性的水质调节各不相同。

很多养殖朋友都会问,到底我的池塘水碱度、钙硬度、pH该怎么调节?用什么物质调节?用量多少?能调节到什么程度,哪个点是最佳的?

由于不同池塘水体的水质属性不同,调节的手段、剂量、所能达到的水平以及最佳点都不一样,因此,很难回答,甚至可以说无法回答上面的问题。

那池塘水质是不是意味着没办法精确调节了?那也不是。池塘水质是可以精确调节的,只是需要知道池塘水质属性才能精确调节。就像给人调理身体一样,要先把脉诊断,才能正确地开出有效的处方!如果一个人没帮你把脉,就给你开药方,能对症下药吗?闭着眼睛随便给你开的药你敢服用吗?

池塘水质是可以精确调节的,只是需要数据,计算也十分复杂,需要有一定水平的化学、生物化学和数学知识。

水质调节中牵涉到的术语除了前面讲过的 TA、HCO3、CO3、CO2、H、OH、k0、k1、k2、kW、pCO2外,还有钙离子(Ca)碳酸钙饱和常数,或称碳酸钙溶度积(kSPCaCO3),同样,碳酸钙饱和常数也是温度和盐度的函数(从接近纯淡水到标准海水相差接近100倍!)。

水质调节或pH调节的目标是将水体八大离子中的碳酸根和钙离子调节到碳酸钙饱和的临界状态,并使pH落在养殖动物适应的范围内。

因此,水质调节精确的化学计量基本方程包括:

[Ca][CO3]= kSPCaCO3 ……(8)

根据[TA]=[HCO3]+ 2[CO3]+ kW/[H]-[H]

可得:

[TA]=[CO3]([H]/k2 + 2)+ kW/[H]-[H]

[CO3]=([TA]- kW/[H]+[H])/([H]/k2 + 2)……(9)

以及达到碳酸钙饱和临界点所带来的pH原点变化,

[TA]= k0pCO2(k1[H]+ 2k1k2)/[H]^2 + kW/[H]+[H]……(10)

将方程9代入方程8,有

[Ca]([TA]- kW/[H]+[H])/([H]/k2 + 2)= kSPCaCO3 ……(11)

联立方程10和方程11,就可以解决各种不同水质属性的调节方法和精确的化学计量。

pH的管理(4)

A区和D区的pH优化和调节。

A区和D区钙硬度和碱度比较接近,对于A区而言,如果碳酸钙还没达到饱和,可以用石灰(氧化钙,CaO)优化。对于D区而言,需要用比较大量的石灰调节,才能将D区调节到A区,计算方法是相同的。

将 1 摩尔石灰施到池塘水里,水合后形成 1 氢氧化钙[Ca(OH)2],水解产生 1 摩尔钙离子(Ca)和 2 摩尔羟离子(OH)

CaO + H2O —> Ca + 2OH

羟离子吸收二氧化碳产生碳酸氢根(HCO3)和碳酸根(CO3),水体总碱度(TA)增加 2 摩尔。

假设池塘中施入 x 摩尔的石灰,水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程(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的代数式,代入方程(11a),解出[H]的值,该值的负对数(-log[H])就是调节后的pH原点。将[H]的值代入方程(10a),解出石灰的用量x。

将该水体调节到碳酸钙饱和临界点所需要的石灰的量是=56x(克/升)。其中56是石灰的分子量。

导致D区碱度和钙硬度偏低的原因有可能是池塘土壤缺钙,当水体中钙浓度提高后,会与土壤进行离子交换,导致水体钙的流失。因此,需要进行多次调节。

此外,对于D区而言,可能需要大剂量的石灰,如果池塘已经在进行养殖,石灰的使用必须根据水体中氨氮的浓度掌握科学的剂量,避免由于pH变化过大或分子氨过高而造成对鱼虾的伤害或甚至死亡。

如果水体硬度都是钙硬度,这样会影响碱度的提升。或许,我们不需要这么高的钙硬度,我们可以用部分镁硬度来取代钙硬度,适当降低钙硬度可以进一步提高总碱度以便提高光合作用效率。那么,我们可以锁定钙硬度去计算总碱度。

假设我们设定钙浓度为[Ca]+ a,(a<x)。y为镁浓度,则总碱度提高2(a+y),代入上述两个方程,求出y的值。如果a>y,则需要投入184.3y(克/升)的碳酸钙镁(白云石粉)和56(a - y)(克/升)石灰。如果y>a,则需要投入184.3a(克/升)白云石粉和86.3(y - a)(克/升)碳酸镁。

pH的管理(5)

B区的pH调节。

B区钙硬度还合适,但碱度比较低。因此,这种水体的pH一般也偏低。如果用石灰(氧化钙,CaO)来提高pH,往往造成钙离子含量过高而引起碳酸钙沉淀,从而限制了碱度的提高。因此,这种水体用石灰调节pH往往容易出现返酸现象。也就是无效。

根据阴阳离子平衡原则,阳离子钙已经满足,阴离子缺乏碳酸根和碳酸氢根。因此,可根据需要补充碳酸镁、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠。

例如,将 1 摩尔碳酸钠施到池塘水里,水解后产生 2 摩尔钠离子(Na)和 2 摩尔碱度(碳酸根、碳酸氢根和羟离子)。

假设池塘中加入 x 摩尔的碳酸钠,水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程(10)和(11)有:

[TA]+ 2x = k0pCO2(k1[H]+ 2k1k2)/[H]^2 + kW/[H]+[H]……(10a)

([Ca])([TA]+ 2x - kW/[H]+[H])/([H]/k2 + 2)= kSPCaCO3 ……(11b)

重排方程(10a),得x的代数式,代入方程(11b),解出[H]的值,该值取负对数就是调节后的pH原点。将[H]的值代入方程(11b),解出x。

如果使用碳酸镁,用量为84.3x(克/升);如果使用碳酸钾,用量为138.2x(克/升);如果使用碳酸氢钾,用量为200.2x(克/升);如果使用碳酸钠,用量为106x(克升);如果使用碳酸氢钠,用量为186x(克/升)。

也可以根据具体离子组成的要求,如根据镁钙比和钠钾比的需求,将x分成几份,分别加入不同的矿物盐,以调整合理的镁钙比和钠钾比。

pH的管理(6)

C区的pH调节。

C区碱度还合适,但钙硬度比较低。由于pH与碱度相关,因此,这种水体的pH一般也合适。调节的不是pH,而是钙硬度。一方面满足动物(如对虾)的生理需要,另一方面以提高水体对pH的缓冲性能。

这种水体虽然缺钙,但如果用石灰来提高钙硬度,往往造成pH偏高,而pH偏高导致碳酸根大幅度增加,引起碳酸钙沉淀,从而限制了钙硬度的提高。因此,这种水体用石灰调节钙硬度往往很难凑效,甚至容易出现相反的作用——脱钙现象。也就是不但无效,反而起反作用。

根据阴阳离子平衡原则,阴离子碳酸根和碳酸氢根已经满足,只是阳离子中缺乏钙离子。因此,应该补充硫酸钙或氯化钙。即只提高钙硬度,不提高碱度和pH。

例如,将 1 摩尔氯化钙施到池塘水里,水解后产生 2 摩尔氯离子(Cl)和 1 摩尔钙离子(Ca)。由于氯化钙或硫酸钙不改变碱度,也基本不影响pH,只是提高了钙硬度,所以计算起来比较简单。

假设池塘中加入 x 摩尔的氯化钙,水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程(11)有:

([Ca]+ x)([TA]- kW/[H]+[H])/([H]/k2 + 2)= kSPCaCO3 ……(11c)

方程(11c)未知数只有x,是一个最简单的一元一次方程。小学生都可以计算出x。

如果使用氯化钙,用量为111x(克/升);如果使用硫酸钙,用量为136x(克/升)。氯化钙或硫酸钙的使用剂量均按无水矿物盐计算。

也可以根据具体离子组成的要求,如根据氯硫比的需求,将x分成合适的比例,分别加入氯化钙和硫酸钙。

pH的管理(7)

F区pH的调节。

自然界的江河湖海中很少出现F区的这样的极端水质。一般是受酸性硫酸盐土壤的影响或矿山酸性污水的污染造成的。例如,酸性硫酸盐土壤由于开挖池塘而暴露于空气中,土壤中的硫化物(如硫化铁)被氧化而产生大量的硫酸。新池塘水体的pH可能低至4以下。即使大量使用石灰处理也无法提高pH。这是因为使用石灰后水体中的硫酸被石灰中和形成硫酸钙,高浓度的钙离子限制了碳酸的浓度,使碱度和pH无法进一步提高。

要提高碱度,就得降低钙浓度,例如用钠离子处理,每减少 1 个钙离子,就必须补充 2 个钠离子,其次,要提高pH,还得降低氢离子浓度,每减少 1 个氢离子,必须补充 1 个钠离子,同时,每增加 1 当量的总碱度,也必须增加 1 当量的钠离子。所以,碱的用量会很大。

1、检测盐度、温度、总碱度(TA1)、总钙(TCa1),计算原来的pH原点的氢离子(H1)浓度:

[TA1]=pCO2k0([H1]k1+2k1k2)/[H1]^2 + kW/[H1]-[H1]……(12)

计算该pH原点条件下游离钙离子(Ca1)浓度:

[Ca1]= kSPCaCO3([H1]/k2 + 2)/([TA1]- kW/[H1]+[H1])……(13)

计算游离钙系数:

r = [Ca1]/[TCa1]

2、设定目标pH原点,以该pH下的氢离子浓度[H2]替换[H1]代入方程(12),求出目标pH原点时的总碱度[TA2]。

以[H2]和[TA2]替换[H1]和[TA1]代入方程(13)计算[TA2]条件下的钙离子浓度[Ca2]。

计算目标pH原点下的总钙浓度(假设游离钙系数 r 不变):

[TCa2]=[Ca2]/r。

所需要的钠离子当量为

x = 2([TCa1]-[TCa2])+[TA2]-[TA1]。

具体用量为:

氢氧化钠为40.01x(克/升),或氢氧化钾为56.1x(克/升),或氢氧化镁为29.16x(克/升),或碳酸钠为53x(克/升),或碳酸钾为69.16x(克/升),或碳酸镁为42x(克/升)。

可根据离子平衡需要按比例分别添加不同离子。

pH的管理(8)

G区pH的调节。

和F区一样,自然界的江河湖海中很少出现G区的这样的极端水质。一般是受盐碱地土壤的影响或矿山碱性污水的污染造成的。高碱度的水体一般pH也高,因而碳酸浓度也很高。高浓度的碳酸根离子限制了钙的浓度,使钙硬度无法提高。钙不足尤其对甲壳类的生长、脱壳不利,而高pH对养殖动物具有诸多的不良影响。

要降低pH,提高钙硬度,就得降低碳酸根浓度,例如用氯离子处理,每增加 1 个钙离子,就必须补充 2 个氯离子,其次,要降低pH,还得降低羟离子浓度,每减少 1 个羟离子,必须补充 1 个氯离子,同时,每减少 1 当量的总碱度,也必须增加 1 当量的氯离子。由于碱度对pH具有很强的缓冲能力,意味着要大量添加酸根才能降低一点pH。

总碱度和钙离子计算方法与F区相同。

1、检测盐度、温度、总碱度(TA1)、总钙(TCa1),计算原来的pH原点的氢离子(H1)浓度:

[TA1]=pCO2k0([H1]k1+2k1k2)/[H1]^2 + kW/[H1]-[H1]……(12)

计算该pH原点条件下游离钙离子(Ca1)浓度:

[Ca1]= kSPCaCO3([H1]/k2 + 2)/([TA1]- kW/[H1]+[H1])……(13)

计算游离钙系数:

r = [Ca1]/[TCa1]

2、设定目标pH原点,以该pH下的氢离子浓度[H2]替换[H1]代入方程(12),求出目标pH原点是的总碱度[TA2]。

以[H2]和[TA2]替换[H1]和[TA1]代入方程(13)计算[TA2]条件下的钙离子浓度[Ca2]。

计算目标pH原点下的总钙浓度(假设游离钙系数 r 不变):

[TCa2]=[Ca2]/r。

3、需要补充的钙为:

x1 =[TCa2]- [TCa1]

纯酸根用量为:

x2 =[TA1]-[TA2]

酸根离子总当量为:

x = 2x1 + x2

具体用量为:

方案一、先用盐酸(纯盐酸计)36.46x2(克/升)或硫酸49.05x2(克/升),再用无水氯化钙111x1(克/升)或无水硫酸钙136x1(克/升);先用酸降低碱度再补钙,顺序不可颠倒。

方案二、无水氯化钙55.5x(克/升),或硫酸钙68x(克/升)。

可根据离子平衡的需要按比例分别添加氯化钙和硫酸钙。

F区我们只要补碱降钙,水体中游离的二氧化碳浓度降低,空气中的二氧化碳自然会溶解到水中,因而水中的碳酸碱度必然会提高。但G区补酸降碱后,池塘底部土壤是否有可交换钙能补充,我们无法确定,因此,为保险起见,还是用氯化钙或硫酸钙来调节。

pH的管理(9)

pH的控制

pH调节是对水质属性本身的调节。而pH的控制是对给定pH原点水体pH的昼夜变化幅度和走向(偏离原点)进行干预。

引起池塘水体pH变化的原因是水体中生物活动(呼吸作用和光合作用)导致溶解的无机碳(DIC,包括游离二氧化碳、碳酸氢根和碳酸根)浓度变化所造成的。

池塘中生物的呼吸作用产生的二氧化碳不是只以游离二氧化碳的形式存在,而是水合后按比例转化成各种无机碳:

CO2 + H2O—>H2CO3—>H + HCO3—>2H + CO3

也就是说,呼吸作用产生的二氧化碳不只是停留在游离二氧化碳状态,而是表现为DIC的增加。

同样,光合作用也不是只利用水体中的游离二氧化碳,当光合作用造成水体中游离二氧化碳浓度降低时,碳酸氢根水解产生游离二氧化碳来补充:

2HCO3—>CO2 + CO3 + H2O

也就是说,光合作用不只是引起游离二氧化碳浓度降低,而是表现为DIC的减少。

要了解pH二十四小时变化这一过程,必须了解溶解的无机碳(DIC)和总碱度(TA)以及pH(即氢离子浓度H)之间的关系。

[DIC]是溶解的无机碳的总和,即

[DIC]=[CO2+H2CO3]+[HCO3]+[CO3]

用碳酸氢根表示:

[DIC]=[HCO3]([H]^2 +[H]k1 + k1k2)/([H]k1)

则有

[HCO3]=[DIC][H]k1/([H]^2 +[H]k1 + k1k2)……(14)

用碳酸根表示:

[DIC]=[CO3]([H]^2 + [H]k1 + k1k2)/(k1k2)

则有

[CO3]=[DIC]k1k2/([H]^2 + [H]k1 + k1k2)……(15)

将方程(14)和(15)代入

[TA]=[HCO3]+ 2[CO3]+ kW/[H]-[H]

即可得总碱度与溶解无机碳和氢离子(即pH)之间的关系:

[TA]=[DIC]([H]k1 + 2k1k2)/([H]^2 +[H]k1 + k1k2)+ kW/[H]- [H]……(16)

池塘的生物呼吸可以看成是24小时连续进行的,而光合作用则是随着白天太阳辐射增加而增加。当呼吸作用大于光合作用时(夜间),DIC增加,当光合作用大于呼吸作用时(白天)DIC减少。

如果能通过饲料或动保产品投入量以及光合作用效率了解池塘24中DIC的最大值和最小值,就可以通过方程(16)计算出pH的最低值和最高值,即pH的变化幅度。

pH的管理(10)

pH的控制

钙的缓冲作用。

碳酸钙的溶解度很小,因此,在适应于水产养殖的pH范围内,八大离子中只有碳酸钙会随着pH的变化而发生沉淀与溶解。

Ca(HCO3)2 <—> CO2 + H2O + CaCO3

当[Ca][CO3]> kSPCaCO3时,碳酸钙发生沉淀。一摩尔碳酸钙的沉淀导致导致一摩尔钙离子和两摩尔碱度的流失。

因此,池塘中随着DIC的减少(光合作用),pH的变化有两种模式:第一种是DIC的减少无碳酸钙沉淀,总碱度、总硬度不变;第二种是DIC的减少伴随着碳酸钙沉淀,总碱度、总硬度同时等量降低。

前者pH变化比较激烈,后者pH变化比较温和,这就是碳酸钙的缓冲作用。

假设池塘每分钟每平方米的光合作用对二氧化碳的消耗是x摩尔,每立方米水体呼吸所产生的二氧化碳是y摩尔,池塘的深度是d米。

则水体中DIC的净变化速度(n,摩尔/升)为:

n = y - x/d ……(17)

当n>0时,呼吸作用大于光合作用,DIC上升;当n<0时,光合作用大于呼吸作用,DIC减少。

假设水体中[Ca][CO3]= Q(称为离子积),当Q<=kSPCaCO3时,没有碳酸钙沉淀,当Q>kSPCaCO3时,发生碳酸钙沉淀,且DIC每减少 n摩尔/升,伴随着 m 摩尔/升的碳酸钙沉淀。因此,方程(16)可描述为:

[TA]- 2m =([DIC]+ n - m)([H]k1 + 2k1k2)/([H]^2 + [H]k1 + k1k2)+ kW/[H]- [H]……(18)

当Q<=kSPCaCO3时,m=0(回归方程16);当Q>kRPCaCO3时,m>0。

m与n的关系:

kSPCaCO3 = ([Ca]- m)([DIC]+ n - m)k1k2/([H]^2 +[H]k1 + k1k2)……(19)

对于光合作用相同的池塘水体,DIC含量越高,pH变化越小;同样,从方程(17)可以看出,光合作用相同的情况下,水越深,pH变化也越小。

因此,可以通过提高碱度(即提高DIC浓度)和钙离子浓度,或加大水深来达到即有效地提高光合作用效率,又将pH的变化幅度控制在理想范围内。

pH的管理(11)

养殖前期培水期间pH持续上升以至于不适合于放苗的情况是很常见的。但这种现象的背后,有多种原因。最常见的是藻类生长过快引起的;第二种是碱度不足引起的;第三种是水体太浅引起的;第四种水源属性引起的;第五种是池塘土壤引起的。

第一种情况。

大多数池塘养殖回水后培水前都会进行消毒处理,此时水中微生物大部分被杀灭,活性很低。培水的肥料中主要成分是藻类的营养素,因此,藻类长得快而微生物长得慢,二氧化碳的消耗远大于二氧化碳的补充,所以pH不断升高。

一般情况下,培水前期pH上升的幅度大的情况发生概率地膜池和水泥池要比土池严重得多。这是由于池塘土壤干燥期间土壤间隙中含有氧气,回水后土壤中好氧细菌分解土壤有机物,产生二氧化碳,二氧化碳分解土壤中的碳酸钙,形成碱度扩散到水中,因此具有一定的缓冲作用。

对于地膜池和水泥池,早期培水要适当增加有机物质含量,以维持一定的微生物呼吸作用,或适当控制氮或磷,使藻类光合作用产物不能全部用于生长繁殖,迫使藻类将部分光合作用的产物以分泌物的形式释放到水环境中,促进水体中的微生物生长。

养殖户不要追求“快速培藻”的肥料,培藻速度越快,不仅pH向上漂移(持续升高)的问题就会越严重,也容易倒藻和产生藻毒素。理智的选择应该是缓释肥料,使藻类略为缓慢,但稳定生长,同时使原生动物和浮游动物能同时跟上,才能建立稳定的生态系统。

第二种情况。

碱度偏低的水体(D区),水体缺乏碳酸缓冲能力。这种水体藻类生长并不快,与第一种情况相比,藻类密度要低得多。

这种池塘肥水前需要调节碱度,提高水体得的缓冲能力。如果已经放苗,此时如果要使用石灰处理,必须在凌晨和早上。另外,由于藻类生长不是很快,水体中可能还有氨氮,因此石灰一次的用量不能太高。

第三种情况。

有一种观点认为,前期水浅有利于水温的回升,因而可以提高对虾的生长速度。但是,也应该明白,水浅不仅pH变化大,昼夜温差也大,溶解氧也可能严重过饱和而导致气泡病。也就是说,对于抵抗环境变化能力还比较差的幼苗来说,水太浅死得也快。

两害相权取其轻。水的深度首先必须考虑虾苗的生存,其次再考虑生长。如果连成活都成问题,考虑生长速度就没有任何意义。

第四种情况。

有些池塘是用地下水灌注的,这种地下水的属性本身的pH比较高,但由于受到有机物质的污染而含有大量的二氧化碳,导致二氧化碳过饱和([CO2]>>pCO2k0)。刚抽上来的井水pH并不高,但当这些井水的二氧化碳扩散到与大气平衡之后,pH就会上升。

这种上升幅度可能超过 1 个pH单位。如果刚抽上来的水体pH偏“低”,养殖户再使用石灰处理,有可能“雪上加霜”。

第五种情况。

有些池塘底部土壤是盐碱土壤,经过几年养殖漂洗,pH已经正常。当池塘在干塘修复,重新推塘时挖得太深,把表面已经漂洗的土壤挖掉,造成盐碱土壤裸露。当池塘回水后,土壤中钠的交换导致水体pH上升。

这种交换也导致水体中钙离子被大量消耗,有可能导致水体严重缺钙。

一种现象,往往有多种原因。因此,要正确诊断,搞清楚问题所在,才能有效预防与处理。

pH的管理(12)

经常碰到一种现象,计算出来的pH原点只有不到8.3,白天水体的pH可高达10以上,溶解氧甚至超过24mg/l,虽然藻类比较浓,但夜间呼吸量并不大,早晨的溶解氧还保持几乎200%过饱和,pH也还在9以上。

按传统说法,藻类白天光合作用产氧,夜间呼吸作用耗氧。藻类浓会造成清晨溶解氧不足。如果溶解氧被消耗,必然产生相应的二氧化碳,pH应该降到原点以下。

很明显,高pH的情况下,呼吸受到抑制(碱中毒)!

按道理,不同生物碱中毒的条件是不同的。按照研究盐碱地的华东水产研究所有关研究人员的说法,引起碱中毒的条件不是总碱度的高低,而是[CO3]/[HCO3]的比值。

根据他们的研究,[CO3]/[HCO3]> 0.5 就会引起碱中毒。根据碳酸氢根离解方程:

k2 =[CO3][H]/[HCO3],有:

[CO3]/[HCO3]= k2/[H]> 0.5

即[H]< 2k2 或pH >(pk2 - 0.301)即可引起碱中毒。

上网查查有关碱中毒的相关知识。经常可以看到《低血钾合并碱中毒》这样的话题:

《低血钾合并碱中毒的机理有:

1、血清K下降时,肾小管上皮细胞排K相应减少而排H增加,氢-钠交换增加,因而换回Na、HCO3增加,从而引起碱中毒。此时的代谢性碱中毒,不像一般碱中毒时排碱性尿,它却排酸性尿,称为反常酸性尿。

2、血清钾下降时,由于离子交换,K移至细胞外以补充细胞外液的K,而H则进入细胞内,使细胞外HCO3增加,导致代谢性碱中毒。》(摘自网络)

很明显,无论碱度高低,高pH就会引起碱中毒。当然,高碱度,往往伴随着高pH,所以高碱度更容易引起碱中毒。另外,低钾也会引起碱中毒。如果高碱度、高pH又伴随着低钾,无异于雪上加霜。

因此,在现实的生产中,一方面,必须采取措施将pH降低到(pk2 - 0.301)以下才能解除水体的呼吸抑制,否则想通过补充碳源促进微生物呼吸降低pH是徒劳的。另一方面,一般高碱度、高pH的水体大多数都是碳酸氢钠型,钠离子浓度偏高,容易引起钠/钾比例失调。根据上述说法,补钾应该可以缓解养殖动物甚至微生物的碱中毒。

pH的管理(13)

养殖周期内日均pH的一般变化规律。

池塘pH除了昼夜周期性变化外,从回水的那一天开始,整个养殖周期中,日平均pH也有一个大的周期性变化。要了解这个大的周期性变化,必须了解池塘二氧化碳的消长规律。

池塘中产生的二氧化碳主要来自:外源饲料输入量(养殖动物和微生物)以及内源浮游生物对藻类的消费量和藻类光合作用产物的分泌量(胞外分泌物)。二氧化碳的消费几乎完全是光合作用。

在整个养殖过程中,除前期的培藻期间外,光合作用可以认为是相对稳定的,而饲料的投入量是持续增加的。因此,池塘pH的变化也呈现先升后降的趋势。

池塘回水后,由于消毒杀菌,微生物、原生动物很少,而施肥后在藻类大量繁殖起来之前,水体的pH接近其原点。

随着施肥后藻类生长很快,新生长的藻类95%以上的光合作用产物都用于自我繁殖,因此,二氧化碳的消费远远大于二氧化碳的产生,水体中二氧化碳严重缺乏,由于空气中的二氧化碳浓度很低,靠空气扩散难以平衡水体的缺失的二氧化碳,因此,这一阶段pH快速上升,昼夜变化曲线向原点上方漂移。

当水体中原生动物、浮游动物开始繁殖起来,部分藻类被消费,pH上升速度开始减慢。

当放入种苗、控水鱼类(如花白鲢)浮游动物被控制,藻类和滤食生物之间相对平衡,加上藻类经过一段时间的生长繁殖,水体营养素水平有所降低,藻类胞外分泌物有所增加,微生物密度相应增加,pH不再升高,这段期间是整个池塘水体pH最高的阶段。

随着养殖动物的生长,饲料投入量持续增加,水体中二氧化碳的产量也持续增加,因而pH缓慢回落。

在夏末初秋期间,饲料投入量最大,pH也最低。

随着晚秋的到来,水温降低,饲料投入量减少,但晚秋晴朗的光照强烈,pH再度回升。

也就是说,整个养殖周期内(指一年中整个可养殖周期)pH变化是先快升,缓升,最高,缓降,最低,再回升。这是pH变化的一般规律。
这期间的pH波动,可以认为是天气、藻类活性以及藻类密度、浮游动物密度、藻类胞外分泌物的波动引起的。

就对虾养殖而言,前期pH的快速升高,也可能是EMS的原因之一。

pH的管理(14)

pH原点。

pH原点是指水体中二氧化碳浓度与大气平衡时的pH值。是水体的自然属性之一,它代表着水体中阳离子和阴离子当量的平衡度。了解pH原点才能对池塘pH变化是否正常做出判断。

例如,早上池塘水体的pH应该低于原点,说明池塘中的生物呼吸作用能补偿前一天藻类光合作用所消耗的二氧化碳。否则表明池塘微生物活性不足或微生物活性降低。下午池塘水体的pH应该高于原点,说明藻类活性正常,否则表明藻类老化,光合作用能力降低。

日常管理中,如果pH的昼夜变化围绕着原点波动,即日均pH位于pH原点,说明藻菌处于平衡状态;如果日均pH向原点上方移动,说明微生物活性降低,此时应该考虑提高微生物活性;如果日均pH向原点下方移动,说明藻类在老化,此时应该调节藻类活性。

也就是说,只有了解池塘的pH原点,才能根据早上和下午的实际检测的pH做出判断,并采取相应的处理措施。

所以,pH的管理有两个方面,pH原点的调节和pH走向和幅度的控制。

原点的调节是通过离子的调节来实现的,前面已经说过(水的属性调节本身包括了pH原点的调节)。原点偏低可通过补充阳离子来提高(根据水体的离子平衡补充钙或镁或钾或钠);原点偏高可通过补充阴离子来降低,但只能补充硫酸根或盐酸根,不能补充碳酸根或碳酸氢根,因为碳酸根和碳酸氢根是与大气平衡的,不可能单独提高。

pH的昼夜变化幅度。

引起池塘pH变化的根源是二氧化碳的消长,当水体中二氧化碳浓度增加时候,pH降低,当二氧化碳浓度减少时,pH上升。

pH早晚变化小有三种情况:1、水中很少或没有生物,既不产生二氧化碳,也不消耗二氧化碳;2、呼吸作用所产生的二氧化碳等于光合作用所消耗的二氧化碳(多云的天气会出现这种状况);3、死水——藻类和微生物都没有活性。

对于池塘养殖而言,第一种情况是瘦水,需要培水;第二种情况是健康状态;第三种情况是池塘生态系统崩溃!

pH昼夜变化幅度大有两个原因:1、碱度偏低(在光合作用产量相同的情况下,碱度越高,pH变化越小);2、水深太浅(水的深度直接与pH变化幅度成反比)。因此,控制pH的昼夜变化幅度可通过提高碱度和加大水深来实现。

pH的管理(15)

日均pH。

如果系统稳定,菌藻平衡,日均pH会是一条平滑的曲线。如果日均pH出现波动,说明系统的平衡出现了问题。

对于池塘养殖而言,如果池塘每天产生的污染量(饲料中没有转化为动物肌体的部分)在池塘净化能力的范围内,每天产生的藻类的生物量,都能由滤食生物链(原生动物、浮游动物、滤食性鱼类)所消费,日均pH也会相对稳定。

但是,随着饲料投入量的增加,每天产生氨氮的总量也在增加,当每天产生的污染量大于池塘的自净能力、或由于天气原因引起池塘自净能力降低时,水体中的生态平衡可能被打破,藻菌平衡就会失调。

其次,藻类在生长过程中持续不断吸收水体中的微量元素,这些微量元素被藻类同化后,随着食物链最终以有机碎屑和动物粪便的成分沉淀到池塘底部,导致水体中微量元素缺乏,进而导致藻类种群发生变化。

开始时,水体中的微量元素比较丰富,藻类种群结构的多样性也高。随着微量元素的减少,物竞天择的结果导致水体中的藻类种群结构趋于单一化。

优势藻类的单一化加速微量元素的消耗,藻类的繁殖速度降低,意味着光合作用产物没有完全用于生长,多余的光合作用产物被藻类作为胞外分泌物分泌到水体中。据有关研究报道,藻类胞外分泌物占光合作用产物的不足5%(初生藻类)到超过95%(老化藻类)。

藻类胞外分泌物的增加给微生物带来新的营养素,促进微生物密度的增加,微生物的增加反过来竞争微量元素,又导致藻类胞外分泌物的增加!微生物密度进一步增加。

这个过程将导致日均pH明显的降低。

接下来就是倒藻!倒藻释放硝酸还原酶,如果池塘中存在着硝酸,会在一夜之间产生大量的亚硝酸!

从藻类胞外分泌物增加,微生物密度增加,日均pH剧降,到倒藻,亚硝酸升高的过程中,日均pH降低是一个重要警示指标。

如果在发现日均pH降低,微生物密度增加的初期,通过搅动池塘底部,释放微量元素,恢复藻类活性,就可以避免池塘生态系统恶化——倒藻和亚硝酸。

pH的管理(16)

日均pH异常。

持续阴天会导致日均pH降低。这是光合作用下降,二氧化碳消耗减少引起的。

消毒杀菌、杀虫会导致日均pH上升。这是微生物、浮游动物呼吸减少,二氧化碳产量下降引起的。

反过来,杀藻导致日均pH陡然降低。这是由于光合作用降低的同时,死亡的藻类释放更多的有机物质,促进了微生物的生长,二氧化碳消耗降低而产生增加。

晴天降温会导致日均pH上升。这是温度降低,微生物活性下降引起的;相反,水温回升,微生物活性提高,日均pH会有所下降。

雨后持续晴天日均pH会先上升后降低,这是前期藻类生长生长旺盛,后期藻类营养失衡,活性降低,胞外分泌物增加引起的。

换水过后也会发生类似的情形。一方面,换水补充微量元素,藻类活性增加,胞外分泌物减少;其次,换水导致有机物含量降低、微生物密度降低,呼吸作用下降,日均pH上升。随着换水时间的延长,日均pH逐渐回落。

投饵过量,残饵过多,微生物密度增加,也会导致日均pH降低。

藻类是池塘生态系统能量输入来源,是驱动整个生态系统运转的基本动力。池塘的载鱼量越高,驱动池塘生态系统运行的能量需求也越高。因此,只有生产力高的池塘才能取得高产。

细菌(微生物)是池塘生态系统物质循环的还原者,是池塘生态系统可以持续稳定进行的关键因素。池塘中细菌的生物量取决于饲料投入量和藻类胞外分泌物的数量,对于中、低产池塘,藻类胞外分泌物可能提供了细菌的主要营养来源,或对池塘微生物密度起着主要的作用。

藻类和细菌的活性、密度构成了池塘生态系统的两个最为关键的基础。藻类和细菌既有相生作用,如藻类为细菌提供营养,细菌对有机物的矿化为藻类提供营养素;同时,藻类和细菌又有相克作用,如藻类和细菌都需要某些微量元素,具有竞争关系。

由于藻类和细菌是二氧化碳消长的两个方面,在水质参数上以pH变化的形式表现出来。因此,了解pH的变化规律,读懂pH,才能对池塘生态系统健康状态和演变走向洞察秋毫,及时做出判断,科学而合理处理。读懂了pH,自然就能对溶解氧、氨氮、亚硝酸等参数的走向做出预判。

所以,读懂pH,是池塘水质管理的基础。


本文由水田虾(shtxia)编稿,在实际生产过程中如遇到对小龙虾养殖还有不了解的问题,可以咨询我们的技术人员。每天都会更新小龙虾养殖相关知识,供大家学习参考,也欢迎提出宝贵意见。

ph的图片 第3张

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