养殖水环境化学：第二章 天然水中的主要离子.ppt

第二章 天然水中的主要离子,养殖水环境化学,本 章 内 容,2-1水的硬度及钙镁离子 2-2水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子 2-3硫酸根、氯离子、钠离子和钾离子 2-4海水主要离子组成的恒定性,2-1 水的硬度和钙镁离子,一、水硬度的概念及表示单位 1.定义(H)：水中二价及多价金属离子含量的总和 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+ 2.表示单位: (1)毫摩尔/升（mmol/L）： 以1升水中含有的形成硬度离子的物质的量之和来表示2）毫克/升(mg/L， CaCO3)： 以1升水中所含有的形成硬度离子的量所相当的 CaCO3的质量表示 mg/L（ CaCO3） 美国常用此单位 （3）德国度（HG）： 以1升水中含有相当于10mgCaO的Ca2+或Mg2为 1德国度（HG） 德国、原苏联和中国常用,1mmol/L2.804 HG50.05mg/L（CaCO3）,1、 Ca2+ （1）来源： 主要含石膏地层中CaSO42H2O的溶解； 白云石CaCO3MgCO3和方解石CaCO3在水和CO2作用下溶解等 （2）含量： 不同条件下的天然水中的钙含量差别很大； 潮湿多雨地区的地面水含钙少（含盐量也少）； 干旱地区，尤其流经富含石膏地层的地下水及富含石灰石地层的 地下水中含Ca2+均较多； 受海潮影响地区的地下水含钙也很多。

二、天然水的Ca2+和Mg2与水的硬度,海水含Ca2+： 盐度35的大洋水Ca2+含量达400mg/kg 随着含盐量的增加，其含量也增加，但由于其 易生成CaCO3沉淀，使积累减慢，以致钠、镁 的含量在盐度高的水中就大大超过钙 淡水中的Ca2+ ： 地面水中，含钙量少的只有每升数毫克，青岛自来水中钙的含量大约60mg/L 2、Mg2+ 存在于所有的天然水中；常居阳离子的第二位； 淡水中阳离子通常以钙离子为主，咸水中阳离子 则以钠离子为主； 大多数淡水中镁离子的含量介于1-40mg/L3.天然水中Ca2+与Mg2+含量的比例关系大致规律 （1）在溶解性固体总量低于500mg/L的水中，Ca2+与Mg2+摩尔比值变化范围 较大，从4:1到2:1; 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时，其比值在 2:1到1:1; 水中溶解性固体总量进一步增大时，Mg2+一般超过Ca2+很多倍 （2）海水中Mg2+与Ca2+的摩尔比值为5.2； （3）淡水中Ca2+显著地多于Mg2+：与地壳中钙的丰度大于镁有关 （4）在咸水中Mg2+的含量一般大于Ca2+： 主要与镁的碳酸盐和硫酸盐的溶 解度比钙的高，镁不如钙那么容易沉积有关。

1)碳酸盐硬度 指水中与HCO3及CO32所对应的硬度这种硬度在水加热煮沸后，绝大部分可以因生成CaCO3沉淀而除去，故又称为暂时硬度 (2)非碳酸盐硬度 对应于硫酸盐和氯化物的硬度，即由钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬度它们用一般煮沸的方法不能从水中除去，所以又称为永久硬度4、天然水的硬度,天然水硬度分类,mmol/L(,三、硬度的变化,1、崇明岛某养殖场鱼池塘泥与池水的钙、镁含量,2、鱼池水硬度的日变化,变化主要原因： Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 +H2O + CO2 Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3- CaCO3 +MgCO3 + 2H2O+ 2CO2 水生生物的光合作用和呼吸作用,四、钙、镁离子在水产养殖中的意义,钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素 钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性 钙、镁离子可增加水的缓冲性 水中钙、镁离子含量和比例，对海水鱼、虾、贝的存活有重要影响,1、钙和镁是生物生命过程所必需的营养元素,某些湖泊的藻类现存生物量与溶解钙的相关关系 生物量低的湖泊；生物量中等的湖泊；生物量高的湖泊；其他,水中钙的含量低于0.2mmol/L(1/2Ca2+)，藻类的繁殖受到限制。

钙是动物的骨骼、介壳及植物细胞壁的重要组成元素； 对蛋白质代谢和碳水化合物的转化、细胞的通透性及氮、磷的吸收转化具有重要的影响 缺钙引起动植物生长发育不良镁是叶绿素中的成分，各种藻类都需要镁镁在糖代谢中起着重要的作用植物在结果实的过程中需要较多的镁 镁不足，核糖核酸（RNA）的净合成将停止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物及不稳定的磷脂镁不足还会影响对钙的吸收池水总硬度小于10mg/L(0.2mmol/L)，即使施用无机肥料，浮游植物也生长不好； 总硬度为1020mg/L(0.20.4mmol/L)时，施无机肥料的效果不稳定； 在总硬度大于20mg/L时，施用无机肥料后浮游植物才大量生长 美国有人在软水池塘进行施生石灰的试验： 当总硬度由7.8mg/L增至32mg/L后， 水中碱度增大至原来的4倍，罗非鱼的产量增加约25养殖用水硬度范围： 1-3mmol/L,部分金属离子在硬水与软水中的毒性比*,有人用硬头鳟鱼做试验，当水的硬度从10mg/L增加到100mg/L时，铜和锌的毒性大约降低了3/4毒性比是指硬水中的有毒浓度与软水中的有毒浓度的比值,2、钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性,3、钙、镁离子可增加水的缓冲性,（增加缓冲性的原因在后面讲）,4、水中钙镁离子的含量和比例对海水鱼虾贝的存活有重要影响,臧维玲（1995，1998）研究的结果证实: 罗氏沼虾育苗人工海水，出苗率较高的条件 Ca2+ 170244mg/L Mg2+ 324440mg/L Mg2+/ Ca2+质量比 R1.8-2.2 中华绒螯蟹育苗要求 Ca2+ 178340mg/L Mg2+ 484816mg/L Mg2+/Ca2+质量比 R2.33.0 (实验在 S =15-16的条件下进行),王慧等（2000）通过急性毒性试验得出：,中国对虾在水环境中能够生存的Ca2+和Mg2+质量浓度 Ca2+ 24.92280.66mg/L Mg2+ 34.5344.9mg/L (Mg2+)/( Ca2+) 比R 13最好,朱长波博士论文（2004） ： 海水主要阳离子含量对凡纳滨对虾生长的影响及其机制 1.对虾的蜕皮、生长、食物转化效率和能量收支受海水Mg2+ 和Ca2+含量的影响均很显著，但是其摄食量受水体Ca2+浓度的影响显著，而受Mg2+含量的影响不明显。

2.对虾对水体低Mg2+含量的耐受能力较强，而对低Ca2+含量的耐受力很弱 3. 在利用内陆低Mg2+或Ca2+的天然咸水进行对虾养殖中，通过添加Mg盐或Ca盐，只需将Mg2+浓度调节到该盐度下正常含量的15以上，保证Ca2+浓度达到正常值的60以上，对虾就能正常生长适宜的钙离子波动有利于对虾的生长,节律性地增加自然海水中钙离子浓度295mgL-1以提高对虾的生长作 业,鱼池水中Ca(HCO3)2200mg/L, Mg(HCO3)2120mg/L计算水中的总硬度，并以三种单位表示之2-2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子,一、碱度的组成及表示单位 1、碱度（ALK) 反映水结合质子的能力、也就是水与强酸中和能力的一个量 天然水中构成碱度的主要物质： HCO3、CO32、OH、H4BO4 另外还有 H2PO4、HPO42、NH3等,海水碱度= HCO3-+2CO32-+ H4BO4- +OH- H+ HCO3-+2CO32-+ H4BO4- (碳酸盐碱度+硼酸盐碱度） 淡水碱度= HCO3-+2CO32-+OH- H+ HCO3-+2CO32- （碳酸盐碱度）,2、碱度的表示单位（与硬度相同） （1）毫摩尔/升（mmol/L）：1升水能结合质子的物质的量。

（2）毫克/升(mg/L)：用1升水中能结合H的物质所相当的 CaCO3的质量（以mg作单位）来表示 由于1个CaCO3可以结合2个H，所以： 1mmol/L50.05mg/L（CaCO3） （3）德国度（HG）：以10mg/L氧化钙（CaO）为1德国度 1mmol/L2.804（HG）,3、天然水的碱度 东南沿海、珠江水系、长江水系的碱度一般较低 珠江水系的东江最低仅达0.4mmol/L 长江干流武汉段水的碱度:丰水期平均值为1.93mmol/L 枯水期平均值为2.46mmol/L，年平均值为2.1mmol/L 黄河流域碱度一般均高于2mmol/L 海水碱度一般较为稳定，通常在22.5mmol/L 地下水由于溶解了土壤中较高的CO2，使CaCO3等溶解 度增加，水中碱度、硬度一般比较高,内陆干旱、半干旱地区湖泊会积聚较多的碱度 在我国西北、华北地区的一些盐碱泡沼，水的碱度能达 100mmol/L以上，失去了渔业利用价值 我国还有一批天然碱湖可以生产天然碱（Na2CO3NaHCO3），例如松嫩 平原上的大布苏碱湖，卤水的碱度高达17mol/L 我国还有许多水体碱度在10-50 mmol/L。

例如内蒙古的达里诺尔湖，碱度为44.5mmol/L，在湖内的经济鱼类只有瓦氏雅罗鱼及鲫鱼鲤鱼在这种水中仅能存活数天，梭鱼和花鲢、白鲢只能存活数小时达里诺尔湖,瓦氏雅罗鱼,二、碱度的变化及意义,1、碱度的变化 2HCO3- CO32-H2OCO2 Ca2+ CO32- CaCO3,（1）当光合作用速率超过呼吸作用速率： 水的碱度、硬度下降，pH值上升 （2）当呼吸作用速率超过光合作用速率： 水的碱度、硬度都上升，pH值下降某养鱼池碱度和硬度的日变化,内蒙古克旗牦牛泡碱度平均值的周年变化,注：据“达里湖渔业资源调查”（1978）,生物学过程对碱度的影响,*此处只反映了过程本身对碱度的影响如有次级反应（后续过程）存在，情况就比较复杂，可参考“碳同化”及“呼吸作用”夏季碱度变化的幅度可以作为反映湖泊富营养化程度的一项指标： 贫 营 养湖：AT1.0mmol/L,2、碱度与水产养殖的关系,（1）碱度可以降低重金属的毒性 ： 重金属一般是游离的离子态毒性较大 重金属离子能与水中的碳酸盐形成络离子 铜的有毒形式Cu2+、CuOH+： 当湖水的碱度足够大时，加进水中的铜约有90%转化为碳酸盐络合物， Cu2+、CuOH+的实际浓度很低，因而表现出铜的毒性减少。

在用重金属防治鱼病时要注意重金属的用量（剂量）与水体的碱度有关碱度大，重金属的药效就会降低2）调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值 Ca2+ + 2HCO3 CaCO3（s） H2O + CO2 （3）碱度过高对养殖生物的毒害作用,碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH的升高而增加 鲢鱼种碱度的24hLC50与pH有如下回归关系： pH24hLC50 10.00-0.0149A24hLC50mmol/L (n 25 r = -0.976) （雷衍之，1985）,(n = 6, r = -0.871) （pH = 8.760.23, T = 232）,碱度对鲢幼鱼的24hLC50为51.4mmol/L (pH=8.740.34); 盐度对鲢幼鱼的24hLC50为11.2g/L(pH=8.600.18)； 碱度和盐度共同作用时，两者的24hLC50大致符合关系：,（章征忠，1999）,一些经济鱼类对高碱度的耐受能力有如下顺序： 青海湖裸鲤瓦氏雅罗鱼鲫丁鱥尼罗罗非鱼鲤草鱼鳙、鲢,养殖用水碱度的适宜量以13mmol/L较好,雷衍之提出：四大家鱼（青鱼、草鱼、鲢、鳙）养殖用 水碱度的危险指标是10mmol/L,碱度的致毒原理： 影响了生物体内的酸碱平衡 对水生动物的鳃和表皮有腐蚀作用,三、盐碱地池塘的水质,1.盐碱地池塘的水质特点 高盐、高碱 、高pH 我国有约20106 hm2的低洼盐碱荒地。

山东省有低洼盐碱地1000多万亩，开发、利用这部分国土资源，逐步使其成为提供粮食和水产品的基地，将不仅是解决目前盐碱地区人们的温饱问题，增收、增效问题，也是解决我国未来人民食品安全问题的重要途径1）引水排碱 经常抽去复水，将雨水和地下水淋洗出的盐、碱排出，并及时引进淡水，以保持地下水渗透平衡，池水水质将逐步淡化 （2）施加有机肥，使“生”塘变为“熟”塘 。