林文輝老師專欄—池塘里的那些事兒（19-21）

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“林文輝老師著的《池塘里的那些事兒》采用通俗易懂的文字內(nèi)容和科學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，將多年針對(duì)國(guó)內(nèi)南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖的研究成果歸納編寫而成。我們獲得林老師授權(quán)連載該書內(nèi)容！” 池塘里的那些事兒（19） pH的管理（8） G區(qū)pH的調(diào)節(jié)。 和F區(qū)一樣，自然界的江河湖海中很少出現(xiàn)G區(qū)的這樣的極端水質(zhì)。一般是受鹽堿地土壤的影響或礦山堿性污水的污染造成的。高堿度的水體一般pH也高，因而碳酸濃度也很高。高濃度的碳酸根離子限制了鈣的濃度，使鈣硬度無(wú)法提高。鈣不足尤其對(duì)甲殼類的生長(zhǎng)、脫殼不利，而高pH對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物具有諸多的不良影響。 要降低pH，提高鈣硬度，就得降低碳酸根濃度，例如用氯離子處理，每增加 1 個(gè)鈣離子，就必須補(bǔ)充 2 個(gè)氯離子，其次，要降低pH，還得降低羥離子濃度，每減少 1 個(gè)羥離子，必須補(bǔ)充 1 個(gè)氯離子，同時(shí)，每減少 1 當(dāng)量的總堿度，也必須增加 1 當(dāng)量的氯離子。由于堿度對(duì)pH具有很強(qiáng)的緩沖能力，意味著要大量添加酸根才能降低一點(diǎn)pH。 總堿度和鈣離子計(jì)算方法與F區(qū)相同。 1、檢測(cè)鹽度、溫度、總堿度（TA1）、總鈣（TCa1），計(jì)算原來(lái)的pH原點(diǎn)的氫離子（H1）濃度： ［TA1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12） 計(jì)算該pH原點(diǎn)條件下游離鈣離子（Ca1）濃度： ［Ca1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13） 計(jì)算游離鈣系數(shù)： r = ［Ca1］/［TCa1］ 2、設(shè)定目標(biāo)pH原點(diǎn)，以該pH下的氫離子濃度［H2］替換［H1］代入方程（12），求出目標(biāo)pH原點(diǎn)是的總堿度［TA2］。 以［H2］和［TA2］替換［H1］和［TA1］代入方程（13）計(jì)算［TA2］條件下的鈣離子濃度［Ca2］。 計(jì)算目標(biāo)pH原點(diǎn)下的總鈣濃度（假設(shè)游離鈣系數(shù) r 不變）： ［TCa2］=［Ca2］/r。 3、需要補(bǔ)充的鈣為： x1 =［TCa2］- ［TCa1］ 純酸根用量為： x2 =［TA1］-［TA2］ 酸根離子總當(dāng)量為： x = 2x1 + x2 具體用量為： 方案一、先用鹽酸（純鹽酸計(jì)）36.46x2（克/升）或硫酸49.05x2（克/升），再用無(wú)水氯化鈣111x1（克/升）或無(wú)水硫酸鈣136x1（克/升）；先用酸降低堿度再補(bǔ)鈣，順序不可顛倒。 方案二、無(wú)水氯化鈣55.5x（克/升），或硫酸鈣68x（克/升）。 可根據(jù)離子平衡的需要按比例分別添加氯化鈣和硫酸鈣。 F區(qū)我們只要補(bǔ)堿降鈣，水體中游離的二氧化碳濃度降低，空氣中的二氧化碳自然會(huì)溶解到水中，因而水中的碳酸堿度必然會(huì)提高。但G區(qū)補(bǔ)酸降堿后，池塘底部土壤是否有可交換鈣能補(bǔ)充，我們無(wú)法確定，因此，為保險(xiǎn)起見，還是用氯化鈣或硫酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)。 池塘里的那些事兒（20） pH的管理（9） pH的控制 pH調(diào)節(jié)是對(duì)水質(zhì)屬性本身的調(diào)節(jié)。而pH的控制是對(duì)給定pH原點(diǎn)水體pH的晝夜變化幅度和走向（偏離原點(diǎn)）進(jìn)行干預(yù)。 引起池塘水體pH變化的原因是水體中生物活動(dòng)（呼吸作用和光合作用）導(dǎo)致溶解的無(wú)機(jī)碳（DIC，包括游離二氧化碳、碳酸氫根和碳酸根）濃度變化所造成的。 池塘中生物的呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳不是只以游離二氧化碳的形式存在，而是水合后按比例轉(zhuǎn)化成各種無(wú)機(jī)碳： CO2 + H2O—>H2CO3—>H + HCO3—>2H + CO3 也就是說，呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳不只是停留在游離二氧化碳狀態(tài)，而是表現(xiàn)為DIC的增加。 同樣，光合作用也不是只利用水體中的游離二氧化碳，當(dāng)光合作用造成水體中游離二氧化碳濃度降低時(shí)，碳酸氫根水解產(chǎn)生游離二氧化碳來(lái)補(bǔ)充： 2HCO3—>CO2 + CO3 + H2O 也就是說，光合作用不只是引起游離二氧化碳濃度降低，而是表現(xiàn)為DIC的減少。 要了解pH二十四小時(shí)變化這一過程，必須了解溶解的無(wú)機(jī)碳（DIC）和總堿度（TA）以及pH（即氫離子濃度H）之間的關(guān)系。 ［DIC］是溶解的無(wú)機(jī)碳的總和，即 ［DIC］=［CO2+H2CO3］+［HCO3］+［CO3］ 用碳酸氫根表示： ［DIC］=［HCO3］（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）/（［H］k1） 則有 ［HCO3］=［DIC］［H］k1/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（14） 用碳酸根表示： ［DIC］=［CO3］（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）/（k1k2） 則有 ［CO3］=［DIC］k1k2/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）……（15） 將方程（14）和（15）代入 ［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］ 即可得總堿度與溶解無(wú)機(jī)碳和氫離子（即pH）之間的關(guān)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小時(shí)連續(xù)進(jìn)行的，而光合作用則是隨著白天太陽(yáng)輻射增加而增加。當(dāng)呼吸作用大于光合作用時(shí)（夜間），DIC增加，當(dāng)光合作用大于呼吸作用時(shí)（白天）DIC減少。 如果能通過飼料或動(dòng)保產(chǎn)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，就可以通過方程（16）計(jì)算出pH的最低值和最高值，即pH的變化幅度。 池塘里的那些事兒（21） pH的管理（10） pH的控制 鈣的緩沖作用。 碳酸鈣的溶解度很小，因此，在適應(yīng)于水產(chǎn)養(yǎng)殖的pH范圍內(nèi)，八大離子中只有碳酸鈣會(huì)隨著pH的變化而發(fā)生沉淀與溶解。 Ca（HCO3）2 <—> CO2 + H2O + CaCO3 當(dāng)［Ca］［CO3］> kSPCaCO3時(shí)，碳酸鈣發(fā)生沉淀。一摩爾碳酸鈣的沉淀導(dǎo)致導(dǎo)致一摩爾鈣離子和兩摩爾堿度的流失。 因此，池塘中隨著DIC的減少（光合作用），pH的變化有兩種模式：第一種是DIC的減少無(wú)碳酸鈣沉淀，總堿度、總硬度不變；第二種是DIC的減少伴隨著碳酸鈣沉淀，總堿度、總硬度同時(shí)等量降低。 前者pH變化比較激烈，后者pH變化比較溫和，這就是碳酸鈣的緩沖作用。 假設(shè)池塘每分鐘每平方米的光合作用對(duì)二氧化碳的消耗是x摩爾，每立方米水體呼吸所產(chǎn)生的二氧化碳是y摩爾，池塘的深度是d米。 則水體中DIC的凈變化速度（n，摩爾/升）為： n = y - x/d ……（17） 當(dāng)n>0時(shí)，呼吸作用大于光合作用，DIC上升；當(dāng)n<0時(shí)，光合作用大于呼吸作用，DIC減少。 假設(shè)水體中［Ca］［CO3］= Q（稱為離子積），當(dāng)Q<=kSPCaCO3時(shí)，沒有碳酸鈣沉淀，當(dāng)Q>kSPCaCO3時(shí)，發(fā)生碳酸鈣沉淀，且DIC每減少 n摩爾/升，伴隨著 m 摩爾/升的碳酸鈣沉淀。因此，方程（16）可描述為： ［TA］- 2m =（［DIC］+ n - m）（［H］k1 + 2k1k2）/（［H］^2 + ［H］k1 + k1k2）+ kW/［H］- ［H］……（18） 當(dāng)Q<=kSPCaCO3時(shí)，m=0（回歸方程16）；當(dāng)Q>kRPCaCO3時(shí)，m>0。 m與n的關(guān)系： kSPCaCO3 = （［Ca］- m）（［DIC］+ n - m）k1k2/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（19） 對(duì)于光合作用相同的池塘水體，DIC含量越高，pH變化越小；同樣，從方程（17）可以看出，光合作用相同的情況下，水越深，pH變化也越小。 因此，可以通過提高堿度（即提高DIC濃度）和鈣離子濃度，或加大水深來(lái)達(dá)到即有效地提高光合作用效率，又將pH的變化幅度控制在理想范圍內(nèi)。