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容和科學數據相結合，將多年針對國內南美白對蝦養殖的研究成果歸納編寫而成。我們獲得林老師授權連載該書內容！” 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： ［Ca1］= 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）： ［TCa2］=［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。 池塘里的那些事兒（20） pH的管理（9） pH的控制 pH調節是對水質屬性本身的調節。而pH的控制是對給定pH原點水體pH的晝夜變化幅度和走向（偏離原點）進行干預。 引起池塘水體pH變化的原因是水體中生物活動（呼吸作用和光合作用）導致溶解的無機碳（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化成各種無機碳： CO2 + H2O—>H2CO3—>H + HCO3—>2H + CO3 也就是說，呼吸作用產生的二氧化碳不只是停留在游離二氧化碳狀態，而是表現為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，當光合作用造成水體中游離二氧化碳濃度降低時，碳酸氫根水解產生游離二氧化碳來補充： 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，而是表現為DIC的減少。 要了解pH二十四小時變化這一過程，必須了解溶解的無機碳（DIC）和總堿度（TA）以及pH（即氫離子濃度H）之間的關系。 ［DIC］是溶解的無機碳的總和，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機碳和氫離子（即pH）之間的關系： ［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小時連續進行的，而光合作用則是隨著白天太陽輻射增加而增加。當呼吸作用大于光合作用時（夜間），DIC增加，當光合作用大于呼吸作用時（白天）DIC減少。 如果能通過飼料或動保產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，在適應于水產養殖的pH范圍內，八大離子中只有碳酸鈣會隨著pH的變化而發生沉淀與溶解。 Ca（HCO3）2 <—> CO2 + H2O + CaCO3 當［Ca］［CO3］> kSPCaCO3時，碳酸鈣發生沉淀。一摩爾碳酸鈣的沉淀導致導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。 假設池塘每分鐘每平方米的光合作用對二氧化碳的消耗是x摩爾，每立方米水體呼吸所產生的二氧化碳是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n>0時，呼吸作用大于光合作用，DIC上升；當n<0時，光合作用大于呼吸作用，DIC減少。 假設水體中［Ca］［CO3］= Q（稱為離子積），當Q<=kSPCaCO3時，沒有碳酸鈣沉淀，當Q>kSPCaCO3時，發生碳酸鈣沉淀，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Q<=kSPCaCO3時，m=0（回歸方程16）；當Q>kRPCaCO3時，m>0。 m與n的關系： kSPCaCO3 = （［Ca］- m）（［DIC］+ n - m）k1k2/（［H］^2 +［H］k1 + k1k2）……（19） 對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，或加大水深來達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。