林文輝老師詳談池塘里的那些事兒

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　池塘里的那些事兒（1）

　　養魚八字法當中的第一個字就是水，養魚先養水也人盡皆知。然而，真正懂得“水”的，又有幾人？
　　
　　如果說，天底下沒有兩塊完全相同的土壤，那么，同樣，天底下沒有兩個完全相同的水體。
　　
　　大凡種地的農民都知道，不同的土壤適合于種植不同的莊稼。同樣，不同的水體最適的養殖品種也不同。
　　
　　在不同的土壤中種植相同的植物，由于土壤不同，需要施的肥料也不同，同理，養殖同樣的動物，不同的水體，所需要的投入品也不同。
　　
　　不同的土壤，決定了不同的植被。不同的水體，組成生態系統的藻類、細菌也不同。同一種肥料，在不同的水體中培出來的細菌、藻類也不同。
　　
　　種地的，可以測土施肥，科學種植。前提是懂得土壤的屬性，同時也懂得植物的需求。
　　
　　養魚養蝦的朋友們，你們懂得水的屬性嗎？你們知道魚蝦對環境的需求嗎？盡管我們也強調測水調水，那測什么調什么？如果你既不懂水，也不懂魚蝦，你怎么能做到科學養殖呢？只能說是瞎養！
　　
　　最讓人不寒而栗的是，整個水產界幫你調水的“技術員”其實沒有幾個真正懂水！這無異于盲人扶著盲人過馬路！

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　　池塘里的那些事兒（2）

　　
　　水的組成是千變萬化的。
　　
　　自然界沒有不含礦物質的“純凈水”。當水蒸氣在大氣中形成雨滴的時候，沒污染的大氣中的氧氣、氮氣、二氧化碳，污染大氣中的各種氧化物如二氧化硫、氧化氮、二氧化氮；各種氣溶膠（如PM2.5）等就溶解到水里了。
　　
　　當雨水落到地面，與土壤、巖石接觸后，又溶解了其中一些礦物質。這些雨水或匯成徑流，形成江河，最后回到大海，或滲入地下，形成地下水，或駐留于地下，或形成泉水，最后也回到大海。
　　
　　水在運動過程中，接觸過什么土壤、巖石，都會留下“印記”，經歷的不同，導致水體組成的差異。反過來說，水的差異，是因為水體所含的礦物不同。
　　
　　所以說“水是一種流動的礦床”，或者說，水是一種流動的“土壤”。
　　
　　理論上，水中含有地球上所有的物質，包括所有元素、天然或人工的化合物，只是濃度不同而已。
　　
　　一般來說，雨水的平均鹽度大約為0.0003%，地表水為0.003%，地下水為0.03%，河口水為0.3%，海水為3%，有些盆地鹵化水可高達30%。
　　
　　盡管水體中含有各種礦物質，但大多數礦物質溶解度很低。構成上述鹽度的主要離子為：鈣、鎂、鉀、鈉，以及碳酸氫根、碳酸根、硫酸根和鹽酸根。在海水中，上述離子的總和（重量）構成海水鹽度的99.8%。

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　　池塘里的那些事兒（3）

　　
　　雖然說“有水到的地方就有魚蝦”，但是，從生產角度講，并不是所有水體都適合養殖。這里牽涉到效率問題。就像所有土地都可以用來種莊稼，但是，有些土地由于太瘦而沒有利用價值。
　　
　　和土壤一樣，不同水體，生產力也有所不同。生產力高的水體，可以高產，生產力低的水體，雖然也可以高產，但必須付出更高的代價（成本）。
　　
　　例如，我們年頭挖個池塘，放水，放些魚苗，不去管它，年底就有魚抓了。關鍵是，能有多少產量？
　　
　　根據前人對水庫湖泊生產力調查研究的數據，產量是毛生產力的0.1%～0.7%。我們按0.5%計算：假設我們池塘的平均毛生產力是8克氧/平方米/天，即3克碳/平方米/天，這樣，一年的畝產是：3X365X666.667X0.5%/15%/1000=24.33（公斤/畝）。（15%是活魚體的碳含量。）
　　
　　如果我們池塘的生產力是16克氧/平方米/天，則畝產是48.66公斤。很明顯，生產力決定產量。
　　
　　當然，有人說，生產力低的水體，我們可以通過投餌來提高產量��？這話沒錯，問題是，我們能投多少飼料？
　　
　　假設我們用很好的飼料，每公斤飼料可以生長一公斤魚。一公斤飼料含碳大約500克，一公斤魚含碳大概150克，所以，每投一公斤飼料，池塘必須能提供（500-150）/12X32=933.33克氧。
　　
　　生產力低的池塘有多少剩余氧（我們先假設池塘不留氧債），畝產24.33公斤的池塘的剩余氧是24.33X15%/12X32=9.732公斤氧，因此，可以投入9.732/0.9333=10.24公斤飼料。因此，在沒有任何增氧措施的情況下，生產力低的池塘投喂飼料的產量是24.33+10.24=34.57公斤。
　　
　　可見，生產力低的池塘提高產量需要付出飼料的代價。
　　
　　同樣，生產力高一倍的池塘的剩余氧也高一倍，可投入的飼料也高一倍，因此，產量也高一倍，即48.66+20.48=69.14公斤。
　　
　　所以，有人認為，投喂飼料的池塘水體生產力對產量影響不大，甚至由于池塘生產力高，天然飼料多，不利于飼料銷售。這種觀念是不正確的，因為生產力低的池塘飼料根本投不進去。
　　
　　可以說，生產力低的水體不太適合于水產養殖。
　　
　　（以上的數據是用來說明問題的，池塘的實際情況不同，因為池塘水體與大氣存在著氣體交換，池塘底部也存在氧債，可以承受的飼料比上述數據高得多，因此產量要比這個例子高得多）。

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　　池塘里的那些事兒（4）

　　問蒼茫大地，誰主沉�。�
　　
　　是什么因素，支配這水生生態系統的天然生產力？一般來說，水生生態系統的天然生產力來自系統的光合作用效率。因此，支配天然水生生態系統的生產力主要因素有兩個：太陽輻射和二氧化碳。
　　
　　太陽輻射是地域性因素，不是水體自身的因素。所以，就水體自身因素而言，支配水生生態系統的主要因素是二氧化碳。
　　
　　雖然大氣中的二氧化碳可以溶解到水體中，但由于空氣中的二氧化碳濃度很低，靠空氣中的二氧化碳向水中擴散很難滿足水生生態系統光合作用的需求。
　　
　　因此，水體中的二氧化碳主要來自土壤和巖石礦物的溶解，在所有能產生二氧化碳的含碳酸的巖石中，碳酸鈣的溶解度是比較高的。
　　
　　“由于碳酸鈣的快速風化和碳酸鹽的緩沖能力，少量的碳酸鈣可以主宰水生系統的地球化學行為” （Murse，1990）。

　　
　　如果以碳酸做橫坐標，鈣為縱坐標作圖，我們可以發現，上圖中只有A區的水質才適合于水產養殖。

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　　池塘里的那些事兒（5）

　　

　　如果把上圖（池塘里的那些事兒4）換一種表達方式，就可以得到下圖：
　　


　　從圖中可以看出，高鈣水體碳酸含量低，碳酸鈣含量也低，高碳酸水體鈣含量低，碳酸鈣含量也低。水體中碳酸含量等于鈣含量時，碳酸鈣含量最高。
　　
　　由于水體的緩沖能力與碳酸鈣含量有關，所以，高鈣低碳酸或低鈣高碳酸的水體緩沖能力都偏低。
　　
　　因此，從水體穩定性能來看，鈣濃度大約等于碳酸的水體緩沖能力最強。
　　
　　水體中的二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根是可以相互轉化的，在水中，總碳酸包含了碳酸氫根和碳酸根，所以，水體中的總碳酸當量約等于總堿度（總堿度約等于碳酸氫根+兩倍碳酸根）。
　　
　　也就是說，碳酸根當量大致上可以用總堿度表示。這就解釋了水產養殖傳統上認為鈣硬度大約等于總堿度的水最好的道理。

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　　池塘里的那些事兒（6）

　　對生態具有重要影響的水體重要屬性包括：溫度、鹽度、pH、pe、堿度、硬度。
　　
　　其中，溫度是地域太陽輻射屬性，pe是生物活動的結果。pH受水體本身和生物活動的雙重影響。
　　
　　決定水質其它參數的是溶解于水中的八大離子：鈣、鎂、鉀、鈉、碳酸氫根、碳酸根、硫酸根和鹽酸根（或稱氯離子）。其中鈣、鎂、鉀和鈉是陽離子，碳酸氫根、碳酸根、硫酸根和鹽酸根是陰離子。
　　
　　1、八大離子的重量和決定了水的鹽度。例如，標準海水中，這八大離子的重量和占總離子重量和（即鹽度）的99%以上。
　　
　　2、八大離子中陽離子的當量和與陰離子當量和之差，決定了水體的pH。水是電中性的（正電荷與負電荷相等）。當水體中陽離子（帶正電荷）的當量和小于陰離子（帶負電荷）的當量和時，水體中的氫離子（帶正電荷）濃度就會高于羥離子（帶負電荷）濃度，水體呈酸性（pH低于7）；當陽離子的當量和等于陰離子當量和時，氫離子濃度等于羥離子濃度，水體呈中性（pH等于7）；當陽離子當量和大于陰離子當量和時，氫離子濃度低于羥離子濃度，水體呈堿性（pH高于7）。
　　
　　3、八大離子中鈣和鎂決定了水體的硬度。即水體的總硬度大約等于（毫摩爾鈣離子/升+毫摩爾鎂離子/升）X100（毫克碳酸鈣/升）。
　　
　　4、八大離子中碳酸氫根和碳酸根決定了水體的總堿度。即水體的總堿度大約等于（毫摩爾碳酸氫根/升+2X毫摩爾碳酸根/升）X50（毫克碳酸鈣/升）。
　　
　　可見，八大離子的組成是水體的最重要屬性。所以，只有了解水體的八大離子組成，才能了解水體的屬性，才能為水質調節提供基本依據。

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　　池塘里的那些事兒（7）

　　
　　水質調節之一

　　水產養殖與水質屬性
　　
　　基本原則：養殖的目的是創造經濟效益（說白一點，養殖的目的就是賺錢），用動物最適宜的水質去養殖，效益是最高的。因此，如果確定了某種動物，就選擇該動物最佳的水質條件；或，給定水質條件，那只能選擇適合于該水質的動物去養殖。
　　
　　如果要在偏離動物最佳的水質條件進行養殖，必然要付出相應的代價（即提高養殖成本）。因此，在投入養殖之前，必須進行經濟效益評估。
　　
　　換而言之，沒有不能養殖的水體，只是有沒有經濟效益而已。例如，你可以在寒冷的地方養熱帶魚，通過人為加熱就可以解決溫度問題，只是加熱造成成本增加，只要還有錢賺，完全可以進行。如果由于加熱成本而不能盈利，那養殖再成功也沒有任何意義。
　　
　　水質調節的目的是：一、滿足養殖動物最佳生存生長的需要；二、滿足環境生物最佳生長的需要。
　　
　　養殖前的水質調節是對水質屬性的“校準”，養殖過程中水質調節是對水質變化的“維護與修正”。
　　
　　因此，想把水質調屬性校準好，必須滿足兩個條件：一是調節之前，知道你的池塘水的水質是什么；其次，知道你想滿足的動物、植物、細菌所需要的水質條件是什么。例如，你打算養殖南美白對蝦，那你必須知道你的池塘水質屬性是什么，南美白對蝦對水質的要求是什么。
　　
　　另外，水質調節至少包含兩個層次，一個是個性調節，即針對養殖對象，如南美白對蝦養殖；另一個是共性調節，即池塘水體的生產力和緩沖能力的調節。
　　
　　個性調節。例如，我想養殖南美白對蝦，首先我得知道，南美白對蝦生存生長的最佳水質條件是什么？如果我發現這根本找不到研究資料，那我得去了解南美白對蝦祖籍（南美洲墨西哥灣）的水質指標是什么。其次，我也必須知道我的池塘現在的水質指標是什么；什么東西多了，什么東西少了。其三，如果我要購買現成的水質調節產品，我還得了解各種產品的有效成份和濃度。
　　
　　共性調節。共性調節一般指的是生產力和緩沖能力的調節，對所有養殖對象都大同小異。目標就是提高水體的光合作用效率，穩定藻相、菌相以及其它各種水質參數。
　　
　　一般來說，世界上沒有兩個屬性完全相同的水體，而“水質調節”并非像配制培養基培養細菌那樣完全標準化。例如養殖南美白對蝦，我們沒有可能也完全沒有必要配制出墨西哥灣的標準海水去養殖（當然，或許用墨西哥灣海水養殖效果是最好的）。
　　
　　水質調節的本質是對水體中八大離子進行調節。但是，水中的礦物是易增難減的，也就是說，少了容易通過添加來解決，多了是很難處理掉的。因此，水質調節是在現有水質的條件下，根據養殖動物、環境生物的最佳需求進行“優化”而已。

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　　池塘里的那些事兒（8）

　　
　　水質調節之二
　　
　　水質調節的本質是對八大離子的濃度和比例進行調節。根據電中性原理，有：
　　
　　氫離子+鈣+鎂+鈉+鉀=碳酸氫根+碳酸根+硫酸根+鹽酸根+羥離子
　　
　　單位為當量/升。
　　
　　其中，
　　
　　A、［氫離子］X［羥離子］約等于10的負14次方。意味著其中一個離子的濃度上升，另一個離子的濃度必然下降。
　　
　　B、碳酸氫根和碳酸根（水體中碳酸氫根加碳酸根加溶解的二氧化碳稱為總無機碳）不僅會根據pH互相轉化，而且與大氣二氧化碳濃度存在著平衡關系。意味著當水中的濃度不足時，大氣中的二氧化碳會溶解于水中，引起總無機碳增加；當水中的濃度過飽和時，水中的無機碳會轉化為二氧化碳進入大氣中，引起總無機碳濃度降低。
　　
　　C、由于碳酸鈣的溶解度低，鈣離子濃度與碳酸根的濃度之間會相互制約。當碳酸根與鈣離子的溶度積達到飽和時，鈣離子濃度的增加會引起碳酸根濃度的降低，反則反之。
　　
　　水質調節和做飼料配方的道理是一樣的——牽一發而動全身！調節一種離子，必然會影響到其它離子。例如，想提高pH，即降低氫離子濃度，世界上沒有一種能夠單獨降低氫離子濃度的方法！
　　
　　例如，傳統上，我們通過添加石灰（氧化鈣）來提高pH，就是通過提高陽離子的濃度來“擠兌”氫離子。但是，由于鈣離子濃度發生變化，除了降低氫離子濃度而提高pH外，陽離子（鈣）濃度的增加，必然導致陰離子濃度相應增加，此時，羥離子濃度增加，而羥離子的增加又導致二氧化碳被吸收，總堿度增加，同時pH的變化又打破了原來的碳酸平衡體系，碳酸氫根和碳酸根按不同比例增加。
　　
　　可見，用石灰調節pH，水體中變化的不僅僅是氫離子濃度，而是發生了一些列變化——包括硬度、堿度、鹽度、鎂/鈣比值、碳酸氫根/碳酸根比值等等。

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　　池塘里的那些事兒（9）

　　水質調節之三
　　
　　水質調節的本質是八大離子的組成調節。就共性而言，就是堿度、硬度和pH調節。
　　
　　請讀者再回頭看看（4）那張示意圖，水質調節的目的就是希望將自己池塘水的屬性調整到A區的范圍內。
　　

　　如果你的池塘水質屬性本身就落再在A區，那恭喜你，你的水質已經很好了。但可以進一步優化，讓它落到那條弧線上（即碳酸鈣處于飽和臨界狀態），那才是最佳的。
　　
　　A區的水可以用石灰調節（同時提高堿度、硬度和pH）。如果只想提高硬度而不想提高堿度和pH，可使用硫酸鈣或氯化鈣；如果只想提高堿度而不想提高硬度，可使用碳酸鈉或碳酸氫鈉。如果想同時提高堿度和硬度，又不想提高pH，可用硫酸鈣或氯化鈣與碳酸鈉或碳酸氫鈉按1:1的摩爾比例同時使用。
　　
　　D區水質的調節。這個區域的水體屬于低堿度、低硬度，但往往也是低鹽度偏酸的水體，常見于山區的水庫水。這種水體偏“瘦”，培藻比較難，晴天早晚pH變化大，容易倒藻和滋生藍藻。鰱鳙魚產量很低，經常碰到低溶氧、高氨氮的問題。
　　
　　盡管D區的水體鈣+鎂與碳酸根+碳酸氫根比較接近（即硬度與堿度比較接近），但濃度都很低。必須同時提高堿度、硬度和pH，因此，只需要使用石灰就可以了。造成這種水質屬性的一個很重要的原因，可能是這種池塘的底部土壤嚴重缺鈣。因此，水體中的鈣很容易流失，必須經常檢測鈣濃度并不時補充。
　　
　　由于鹽度很低（可溶性固體很少），碳酸鈣溶解度不大，堿度和硬度一般只能調節到70～80（毫克碳酸鈣/升）左右。但要勤調。
　　
　　如果池塘里還沒放苗，可以大劑量使用石灰處理。如果已經放了苗，就要非常小心。許多養殖戶往往是等到池塘出了問題才想起水質調節，但是，俗話說，虛不受補！特別是當池塘氨氮濃度高的時候下石灰是非常危險的。
　　
　　由于D區水體堿度低、硬度低，幾乎沒什么pH緩沖能力，所以，晴天光合作用會引起水體pH劇烈波動，晴天中午或下午pH會比較高，因此，石灰應該在晴天的凌晨或陰天使用。同樣，水體緩沖能力差，每次石灰的使用量也不能多。

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　　池塘里的那些事兒（10）

　　
　　水質調節之四
　　

　　B區的調節。按照八大離子當量平衡等式，B區水質等式的左邊鈣離子濃度合適，但右邊的碳酸根和碳酸氫根不足。可以判斷，水體中的鈣主要是以硫酸鈣或氯化鈣的形式存在。
　　
　　因此，B區的水質調節是左邊補充鎂或鈉或鉀，等式右邊補充碳酸根或碳酸氫根。如果總硬度等于鈣硬度，說明鎂不足，可補充碳酸鎂，如果鎂也合適，則補充鈉或鉀，由于鉀是一種植物營養素，不宜太高，一般情況下是補充鈉。常見的調節劑為碳酸鈉或碳酸氫鈉。
　　
　　由于碳酸鈉的鈉離子含量高于碳酸氫鈉，所以補充碳酸鈉的劑量可以少一些。
　　
　　如果水質屬性落在B區的下限，除補充碳酸鈉外，還可以適當補充一些氧化鈣。
　　
　　B區水質調節本質上是通過補充鎂、鈉、鉀，將硫酸鈣或氯化鈣轉化為硫酸鎂或硫酸鈉或硫酸鉀，或將氯化鈣轉化為氯化鎂或氯化鈉或氯化鉀，從而將鈣轉化為碳酸鈣。
　　
　　由于調節B區的水質屬性會帶來pH上升，因此也必須關注水體中的氨氮，操作和注意事項與D區一樣。
　　
　　C區水質的調節。與B區相反，C區水質的八大離子平衡等式中，右邊的碳酸根、碳酸氫根夠，但左邊的鈣不足，所以，這種水的礦物主要是碳酸鈉（碳酸鎂或碳酸鉀型的水很少見）。
　　
　　很明顯，左邊需要補鈣，但右邊不能補碳酸，只能補硫酸根或鹽酸根。因此，C區的水質需要用硫酸鈣或氯化鈣來校正。
　　
　　很多人以為缺鈣都可以用“石灰”解決，在這種情況下使用石灰，根本補不了鈣！一不小心反而會導致“脫鈣”，造成更加嚴重的缺鈣。
　　
　　由于硫酸鈣或氯化鈣既不耗氧，也基本上不改變pH，所以，一般隨時都可以進行操作。

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池塘里的那些事兒（11）

　　水質調節之五
　　
　　極端水質屬性的調節
　


　
　　前面說過，對于水質矯正而言，加易減難。B區缺碳酸堿度、C區缺鈣硬度，D區兩種都缺，缺可以通過補充來解決。而水體中某些礦物過量，必須“拿掉”就沒那么方便了，必須付出更大的代價才能矯正過來。
　　
　　F區和G區就是極端水質。江河湖海中這種屬性的水體很少，造成這種極端屬性的原因是池塘土壤引起的，前者是酸性硫酸鹽土壤的池塘大量或長期使用石灰引起的，后者是鹽堿地土壤土壤引起的。
　　
　　上述這兩種水質屬性本身不適合于水產養殖，如果有選擇余地的話，盡量避免在這樣的水質屬性進行養殖。還是那句老話，沒有養不了魚蝦的水，只是有沒有經濟效益而已。
　　
　　F區的八大離子中主要是硫酸鈣，高水平的鈣導致碳酸鹽堿度非常低，光合作用效率很低，難培藻，易倒藻。如果不降低鈣含量，根本無法提高堿度。
　　
　　盡管水體偏酸，但不能用石灰處理，如果使用石灰處理，pH在短時間內可以提高。而pH的提高又使原本只有少量碳酸氫根轉化為碳酸根，將所添加的石灰完全沉淀掉，過兩天pH又回到原位，這就是我們常說的“返酸”現象。
　　
　　處理方法是根據八大離子平衡原則，采用鈉離子去平衡硫酸根，降低方程左邊的鈣，同時提高右邊的碳酸堿度。
　　
　　1、氫氧化鈉。氫氧化鈉加到水里后，提高水體的pH，使［二氧化碳］<—>［碳酸氫根］<—>［碳酸根］緩沖系統向右移動，使空氣中的二氧化碳不斷進入水里，產生更多的碳酸根，形成碳酸鈣沉淀，降低鈣離子水平。
　　
　　2、碳酸鈉。碳酸鈉與硫酸鈣起反應產生硫酸鈉和碳酸鈣，過量的碳酸鈣發生沉淀，降低鈣離子水平。
　　
　　3、碳酸氫鈉。碳酸氫鈉的作用與碳酸鈉相同，比碳酸鈉溫和，但用量差不多高一倍。
　　
　　由于［鈣］X［碳酸］=常數（碳酸鈣溶度積），鈣少了，碳酸自然就會多出來。
　　
　　G區水質屬性的調節。與F區相反，G區水中八大離子的組成主要是碳酸氫鈉，也就是人們常說的碳酸水。高水平的碳酸根限制了鈣的濃度，如果不降低堿度，無法提高鈣的濃度。只有除掉一定數量的碳酸，才能提高鈣濃度以滿足養殖動物如對蝦生存生長的需要。
　　
　　1、鹽酸。鹽酸降低pH，使上述碳酸鹽緩沖系統向左移動，使碳酸根轉化為碳酸氫根，碳酸氫根再轉化為二氧化碳并逸出水體，同時，鹽酸中的氯離子占據了碳酸的位置，從而為鈣離子的溶解提供空間。
　　
　　2、氯化鈣。氯化鈣與碳酸氫鈉反應，形成氯化鈉和碳酸鈣沉淀，從而降低碳酸鹽堿度，為鈣的溶解提供空間。
　　
　　總而言之，極端的水質屬性調節需要付出很大的代價，成本也很高。尤其是鹽堿水，因為高堿度本身對pH有很強的緩沖作用，意味著需要加入大量的鹽酸才能降低一點點pH。

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池塘里的那些事兒（12）

　　pH的管理（1）
　　
　　pH是水體中氫離子濃度的負對數（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所決定），以及水體中二氧化碳消長平衡（生物呼吸產生二氧化碳，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。我們日常在池塘水體檢測到的pH值是一個表觀綜合數值。
　　
　　池塘中日常pH的管理（調控）包括兩個層次或內容：一個是pH調節，另一個是pH控制。pH調節是指對水體屬性的矯正，即對pH原點的調整；pH控制是對pH變化的幅度、漂移方向的控制，本質上是通過對生物活性（光合作用和呼吸作用）的調節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，才能實現對pH的科學調控。
　　
　　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，但又很難短時間內達到平衡狀態。
　　
　　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（k0）有關（［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pH為什么要在7.5～8.5之間。

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池塘里的那些事兒（13）

　　pH的管理（2）
　　
　　要管理好pH，首先要明白pH為什么變化？變化規律是什么？所以，必須了解一下相關的理論和相關的術語：
　　
　　總堿度（TA）、碳酸氫根（HCO3）、碳酸根（CO3）、羥離子（OH）、氫離子（H），且
　　
　�。跿A］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］-［H］……（1）
　　
　　單位：摩爾/升，方括號表示濃度，下同。
　　
　　二氧化碳（CO2）、碳酸離解常數（k1），碳酸氫根離解常數（k2）且
　　
　　［HCO3］=［CO2］k1/［H］……（2）
　　
　�。跜O3］=［HCO3］k2/［H］=［CO2］k1k2/［H］^2……（3）
　　
　　水的電離常數（kW），大氣二氧化碳濃度（pCO2），二氧化碳溶解常數（k0），且
　　
　�。跲H］= kW/［H］……（4）
　　
　�。跜O2］= k0pCO2……（5）
　　
　　將方程（2）、（3）、（4）代入方程（1）得：
　　
　�。跿A］=［CO2］（［H］k1+2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］-［H］
　　
　　整理得：
　　
　�。跦］^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
　　
　�。跦］^3 +［TA］［H］^2 -（k0pCO2k1 + kW）［H］- 2k0pCO2k1k2 = 0 ……（7）
　　
　　需要說明的是，方程中的所有參數，k0、k1、k2、kW都是鹽度和溫度的函數，也就是說，鹽度和溫度不同，上述參數的值都不同（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，根據網絡資料，目前全球大氣二氧化碳的平均濃度是400 ppm。

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池塘里的那些事兒（14）

　　pH的管理（3）
　　
　　pH的調節。
　　
　　pH的調節本質上是四大陽離子和四大陰離子當量平衡度的調節。換句話說，pH的調節是通過八大離子之間比例的調節來實現的。
　　
　　因此，pH的調節必然牽涉到堿度和硬度，特別是鈣硬度。例如，A區和D區是堿度、硬度、pH同時調節的；B區是堿度、pH同時調節，可對硬度進行微調；C區只調節硬度，也可微調堿度；F區是提高pH、提高堿度的同時降低硬度，而G區是降低pH、提高硬度的同時降低堿度。不同屬性的水質調節各不相同。
　　
　　很多養殖朋友都會問，到底我的池塘水堿度、鈣硬度、pH該怎么調節？用什么物質調節？用量多少？能調節到什么程度，哪個點是最佳的？
　　
　　由于不同池塘水體的水質屬性不同，調節的手段、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。
　　
　　那池塘水質是不是意味著沒辦法精確調節了？那也不是。池塘水質是可以精確調節的，只是需要知道池塘水質屬性才能精確調節。就像給人調理身體一樣，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？
　　
　　池塘水質是可以精確調節的，只是需要數據，計算也十分復雜，需要有一定水平的化學、生物化學和數學知識。
　　
　　水質調節中牽涉到的術語除了前面講過的 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，或稱碳酸鈣溶度積（kSPCaCO3），同樣，碳酸鈣飽和常數也是溫度和鹽度的函數（從接近純淡水到標準海水相差接近100倍�。�。
　　
　　水質調節或pH調節的目標是將水體八大離子中的碳酸根和鈣離子調節到碳酸鈣飽和的臨界狀態，并使pH落在養殖動物適應的范圍內。
　　
　　因此，水質調節精確的化學計量基本方程包括：
　　
　�。跜a］［CO3］= kSPCaCO3 ……（8）
　　
　　根據［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］
　　
　　可得：
　　
　�。跿A］=［CO3］（［H］/k2 + 2）+ kW/［H］-［H］
　　
　　即
　　
　　［CO3］=（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）……（9）
　　
　　以及達到碳酸鈣飽和臨界點所帶來的pH原點變化，
　　
　�。跿A］= k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10）
　　
　　將方程9代入方程8，有
　　
　�。跜a］（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11）
　　
　　聯立方程10和方程11，就可以解決各種不同水質屬性的調節方法和精確的化學計量。

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　　池塘里的那些事兒（15）

　　pH的管理（4）
　　
　　A區和D區的pH優化和調節。
　　
　　A區和D區鈣硬度和堿度比較接近，對于A區而言，如果碳酸鈣還沒達到飽和，可以用石灰（氧化鈣，CaO）優化。對于D區而言，需要用比較大量的石灰調節，才能將D區調節到A區，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］，水解產生 1 摩爾鈣離子（Ca）和 2 摩爾羥離子（OH）
　　
　　CaO + H2O —> Ca + 2OH
　　
　　羥離子吸收二氧化碳產生碳酸氫根（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。根據方程（10）和（11）有：
　　
　�。跿A］+ 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的代數式，代入方程（11a），解出［H］的值，該值的負對數（-log［H］）就是調節后的pH原點。將［H］的值代入方程（10a），解出石灰的用量x。
　　
　　將該水體調節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，需要進行多次調節。
　　
　　此外，對于D區而言，可能需要大劑量的石灰，如果池塘已經在進行養殖，石灰的使用必須根據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，（a<x）。y為鎂濃度，則總堿度提高2（a+y），代入上述兩個方程，求出y的值。如果a>y，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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　　池塘里的那些事兒（16）

　　

　　pH的管理（5）
　　
　　B區的pH調節。
　　
　　B區鈣硬度還合適，但堿度比較低。因此，這種水體的pH一般也偏低。如果用石灰（氧化鈣，CaO）來提高pH，往往造成鈣離子含量過高而引起碳酸鈣沉淀，從而限制了堿度的提高。因此，這種水體用石灰調節pH往往容易出現返酸現象。也就是無效。
　　
　　根據陰陽離子平衡原則，陽離子鈣已經滿足，陰離子缺乏碳酸根和碳酸氫根。因此，可根據需要補充碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉。
　　
　　例如，將 1 摩爾碳酸鈉施到池塘水里，水解后產生 2 摩爾鈉離子（Na）和 2 摩爾堿度（碳酸根、碳酸氫根和羥離子）。
　　
　　假設池塘中加入 x 摩爾的碳酸鈉，水中碳酸鈣可以達到沉淀臨界點。根據方程（10）和（11）有：
　　
　　［TA］+ 2x = k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10a）
　　
　�。ǎ跜a］）（［TA］+ 2x - kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11b）
　　
　　重排方程（10a），得x的代數式，代入方程（11b），解出［H］的值，該值取負對數就是調節后的pH原點。將［H］的值代入方程（11b），解出x。
　　
　　如果使用碳酸鎂，用量為84.3x（克/升）；如果使用碳酸鉀，用量為138.2x（克/升）；如果使用碳酸氫鉀，用量為200.2x（克/升）；如果使用碳酸鈉，用量為106x（克升）；如果使用碳酸氫鈉，用量為186x（克/升）。
　　
　　也可以根據具體離子組成的要求，如根據鎂鈣比和鈉鉀比的需求，將x分成幾份，分別加入不同的礦物鹽，以調整合理的鎂鈣比和鈉鉀比。

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　　池塘里的那些事兒（17）

　　
　　pH的管理（6）
　　
　　C區的pH調節。
　　
　　C區堿度還合適，但鈣硬度比較低。由于pH與堿度相關，因此，這種水體的pH一般也合適。調節的不是pH，而是鈣硬度。一方面滿足動物（如對蝦）的生理需要，另一方面以提高水體對pH的緩沖性能。
　　
　　這種水體雖然缺鈣，但如果用石灰來提高鈣硬度，往往造成pH偏高，而pH偏高導致碳酸根大幅度增加，引起碳酸鈣沉淀，從而限制了鈣硬度的提高。因此，這種水體用石灰調節鈣硬度往往很難湊效，甚至容易出現相反的作用——脫鈣現象。也就是不但無效，反而起反作用。
　　
　　根據陰陽離子平衡原則，陰離子碳酸根和碳酸氫根已經滿足，只是陽離子中缺乏鈣離子。因此，應該補充硫酸鈣或氯化鈣。即只提高鈣硬度，不提高堿度和pH。
　　
　　例如，將 1 摩爾氯化鈣施到池塘水里，水解后產生 2 摩爾氯離子（Cl）和 1 摩爾鈣離子（Ca）。由于氯化鈣或硫酸鈣不改變堿度，也基本不影響pH，只是提高了鈣硬度，所以計算起來比較簡單。
　　
　　假設池塘中加入 x 摩爾的氯化鈣，水中碳酸鈣可以達到沉淀臨界點。根據方程（11）有：
　　
　�。ǎ跜a］+ x）（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11c）
　　
　　方程（11c）未知數只有x，是一個最簡單的一元一次方程。小學生都可以計算出x。
　　
　　如果使用氯化鈣，用量為111x（克/升）；如果使用硫酸鈣，用量為136x（克/升）。氯化鈣或硫酸鈣的使用劑量均按無水礦物鹽計算。
　　
　　也可以根據具體離子組成的要求，如根據氯硫比的需求，將x分成合適的比例，分別加入氯化鈣和硫酸鈣。

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　　池塘里的那些事兒（18）

　　
　　pH的管理（7）
　　
　　F區pH的調節。
　　
　　自然界的江河湖海中很少出現F區的這樣的極端水質。一般是受酸性硫酸鹽土壤的影響或礦山酸性污水的污染造成的。例如，酸性硫酸鹽土壤由于開挖池塘而暴露于空氣中，土壤中的硫化物（如硫化鐵）被氧化而產生大量的硫酸。新池塘水體的pH可能低至4以下。即使大量使用石灰處理也無法提高pH。這是因為使用石灰后水體中的硫酸被石灰中和形成硫酸鈣，高濃度的鈣離子限制了碳酸的濃度，使堿度和pH無法進一步提高。
　　
　　要提高堿度，就得降低鈣濃度，例如用鈉離子處理，每減少 1 個鈣離子，就必須補充 2 個鈉離子，其次，要提高pH，還得降低氫離子濃度，每減少 1 個氫離子，必須補充 1 個鈉離子，同時，每增加 1 當量的總堿度，也必須增加 1 當量的鈉離子。所以，堿的用量會很大。
　　
　　1、檢測鹽度、溫度、總堿度（TA1）、總鈣（TCa1），計算原來的pH原點的氫離子（H1）濃度：
　　
　�。跿A1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12）
　　
　　計算該pH原點條件下游離鈣離子（Ca1）濃度：
　　
　�。跜a1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13）
　　
　　計算游離鈣系數：
　　
　　r = ［Ca1］/［TCa1］
　　
　　2、設定目標pH原點，以該pH下的氫離子濃度［H2］替換［H1］代入方程（12），求出目標pH原點時的總堿度［TA2］。
　　
　　以［H2］和［TA2］替換［H1］和［TA1］代入方程（13）計算［TA2］條件下的鈣離子濃度［Ca2］。
　　
　　計算目標pH原點下的總鈣濃度（假設游離鈣系數 r 不變）：
　　
　�。跿Ca2］=［Ca2］/r。
　　
　　所需要的鈉離子當量為
　　
　　x = 2（［TCa1］-［TCa2］）+［TA2］-［TA1］。
　　
　　具體用量為：
　　
　　氫氧化鈉為40.01x（克/升），或氫氧化鉀為56.1x（克/升），或氫氧化鎂為29.16x（克/升），或碳酸鈉為53x（克/升），或碳酸鉀為69.16x（克/升），或碳酸鎂為42x（克/升）。
　　
　　可根據離子平衡需要按比例分別添加不同離子。

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　　池塘里的那些事兒（19）

　　pH的管理（8）
　　
　　G區pH的調節。
　　
　　和F區一樣，自然界的江河湖海中很少出現G區的這樣的極端水質。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，使鈣硬度無法提高。鈣不足尤其對甲殼類的生長、脫殼不利，而高pH對養殖動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 個鈣離子，就必須補充 2 個氯離子，其次，要降低pH，還得降低羥離子濃度，每減少 1 個羥離子，必須補充 1 個氯離子，同時，每減少 1 當量的總堿度，也必須增加 1 當量的氯離子。由于堿度對pH具有很強的緩沖能力，意味著要大量添加酸根才能降低一點pH。
　　
　　總堿度和鈣離子計算方法與F區相同。
　　
　　1、檢測鹽度、溫度、總堿度（TA1）、總鈣（TCa1），計算原來的pH原點的氫離子（H1）濃度：
　　
　　［TA1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12）
　　
　　計算該pH原點條件下游離鈣離子（Ca1）濃度：
　　
　�。跜a1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13）
　　
　　計算游離鈣系數：
　　
　　r = ［Ca1］/［TCa1］
　　
　　2、設定目標pH原點，以該pH下的氫離子濃度［H2］替換［H1］代入方程（12），求出目標pH原點是的總堿度［TA2］。
　　
　　以［H2］和［TA2］替換［H1］和［TA1］代入方程（13）計算［TA2］條件下的鈣離子濃度［Ca2］。
　　
　　計算目標pH原點下的總鈣濃度（假設游離鈣系數 r 不變）：
　　
　�。跿Ca2］=［Ca2］/r。
　　
　　3、需要補充的鈣為：
　　
　　x1 =［TCa2］- ［TCa1］
　　
　　純酸根用量為：
　　
　　x2 =［TA1］-［TA2］
　　
　　酸根離子總當量為：
　　
　　x = 2x1 + x2
　　
　　具體用量為：
　　
　　方案一、先用鹽酸（純鹽酸計）36.46x2（克/升）或硫酸49.05x2（克/升），再用無水氯化鈣111x1（克/升）或無水硫酸鈣136x1（克/升）；先用酸降低堿度再補鈣，順序不可顛倒。
　　
　　方案二、無水氯化鈣55.5x（克/升），或硫酸鈣68x（克/升）。
　　
　　可根據離子平衡的需要按比例分別添加氯化鈣和硫酸鈣。
　　
　　F區我們只要補堿降鈣，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溶解到水中，因而水中的碳酸堿度必然會提高。但G區補酸降堿后，池塘底部土壤是否有可交換鈣能補充，我們無法確定，因此，為保險起見，還是用氯化鈣或硫酸鈣來調節。