养殖水环境化学：第三章溶解气体.ppt

3-1气体在水中的溶解度和饱和度 3-2水中氧气的来源与消耗3-3溶解氧的分布和变化 3-4溶解氧在水域生态系统中的作用3-5 沿岸养殖区水体中的溶解氧 第三章溶解气体养殖水环境化学一、气体在水中的溶解度1、定义 在一定条件下，某气体在水中的溶解达到平衡以后，一定量的水中溶解气体的量，称为该气体在所指定条件下的溶解度易溶气体的溶解度：一般用100g水中溶解气体的克数来表示难溶气体的溶解度 ：用1L水中溶解气体的毫克数（或毫升数） 来表示 3-1气体在水中的溶解度和饱和度气体在纯水中的溶解度（20、101.325kPa） 气体溶解度（ml/L）溶解度（mg/L）气体溶解度（ml/L）溶解度（mg/L）N215.518.9H2S2.581033.85103H218.21.60SO239.41031.13103O231.043.0NH37.021035.31103CO287.81690C2H21.031031.17103空气18.725.8C2H41.221021.49103CI22307290C2H647.262.0O33681375CH433.12.22、影响气体在水中溶解度的因素 （除了气体本身的性质以外）（1）温度气体溶解度随温度的变化气体溶解度随温度的升高而降低。

在较低温条件下的温度变化对气体溶解度影响显著，且（2）含盐量 当温度、压力一定时，水中含盐量增加，气体在水中的溶解度降低 在相同温度和分压力下，气体在海水中的溶解度比在淡水中小得多 氧气在大洋海水中溶解度大约是在淡水中的8082% 淡水来说含盐量的变化幅度很小，对气体在水中的溶解度 影响不大，一般不考虑含盐量的影响，而近似地釆用在 纯水中的溶解度值3）气体的分压力 享利定律 在温度与含盐量一定时，气体在水中的溶解度随气体分压的增加而增加- c=KH P c -气体的溶解度 P -达到溶解平衡时某气体在液面上的压力 KH-亨利常数，其数值随气体的性质、水的温度和含盐量的变化而变化， 也与压力（P）、溶解度（c）所釆用的单位有关 对同一种气体在同一温度下: 道尔顿分压定律由几种气体组成的混合气体中组分B的分压力PB等于混合气体的总压力PT乘以气体B的分压系数B PB=PTBVB-组分B在压力为PT时的分体积 各组分气体的分体积之和，等于混合气体在压力为PT时的体积VT 对于海水而言，氧气、氮气在海水中的溶解度 在相对湿度为100%条件下，计算氧、氮气体在海水中的溶解度的有关常数气体A1A2A3A4B1B2B3研究者N2-173.2221254.6078146.3611-22.0933-0.0540520.027266-0.0038430Douglas(mol/kg)(1964)N2-172.4965248.4262143.0738-21.7120-0.0497810.025018-0.0034861Murray(ml/L)(1969)O2-173.9894255.5907146.4813-22.2040-0.0373620.016504-0.0020564Carpenter(mol/kg)(1966)O2(ml/L)-173.4249249.6339143.3483-21.8492-0.0330960.014259-0.0017000MurrayandRiley(1969)根据式3-5和表3-2计算出的氧、氮气体在盐度35的海水中的溶解度 （mol/kg）温度（）051015202530N2616.4549.6495.6451.3414.4383.4356.8O2349.5308.1274.8247.7225.2206.3190.3P368 附录8 在不同温度盐度下水中溶解氧饱和值（ml/L)二、天然水中溶解气体的饱和含量和饱和度 1、溶解气体的饱和含量定义：在一定的溶解条件下（温度、压力、含盐量），气体达到溶解平衡以后，1L水中所含该气体的量。

单位： mg/L、ml/L、umol/L 1ml/L=1.429mg/L=89.23umol/L几点说明 1、当温度、含盐量一定时，气体在水中的饱和含量为一特征值规定的大气压为1个标准大气压（101.325kPa），水面上空气为湿度饱和的空气 2、对于溶解氧来说，溶解氧的饱和含量于1973年被编入国际海洋学常用表 附录8 不同温度和盐度时水中溶解氧的饱和值（p368-369) 3、为了获得更加准确的饱和量值，须考虑现场大气压、湿度等气象条件的影响特别是高海拔地区，天然水中溶解氧的饱和含量应进行校正 高海拔地区气体溶解度的饱和含量校正方法 陈佳荣主编的水化学2、溶解气体的饱和度 （1）定义：指溶解氧的实际含量（用C表示）与同温同盐条件下其饱和含量(Cs)的比值O2%=C/Cs表观耗氧量（AOU）：溶解氧的饱和含量与实际含量之差 AOU=Cs-C注意：过饱和的那部分溶解氧并不会立即成为气泡逸出，原因是溶解氧要成为氧气气泡逸入空气中就要求氧气气泡内的压力超过一个大气压，相应的溶解氧是其饱和含量的5倍，有时养殖水体内溶解氧的饱和度高达200-250%，且可以维持几小时过饱和状态不变3-2水中氧气的来源与消耗3.2.1 水中氧气的来源3.2.2 水中氧气的消耗池塘水体中溶解氧DO (Dissolved Oxygen)一、水中氧气的来源 空气的溶解光合作用 补水 1、空气的溶解与水体溶解氧的不饱和程度 和风力有关 在自然条件下通过单位界面由空气增氧的数量(g/m2d) 溶氧饱和度100%80%60%40%20%10%小池00.30.60.91.21.5大湖01.01.92.93.84.8缓流的河川01.32.74.05.46.7大的河川01.93.85.87.69.6急流的河川03.16.29.312.415.52、光合作用（1）产氧的一般速率一般河流、湖泊： 表层 夏季 产氧速率 0.5-10g/m2d 养鱼池（无锡）： 夏季光合作用 产氧速率 表层 13.020.6 ,平均17.822.77mg/Ld 中层(1.0m) 0.125.54,平均1.131.6mg/Ld 水柱产氧 6.614.3 ,平均10.09g/m2d表层产氧是中层的4-100倍，平均16倍养鱼池（哈尔滨）：夏季光合作用产氧速率表层 12.6-31.5,平均20.37.43mg/Ld中层 (0.7-0.8m) 0.41-6.94,平均2.822.14mg/Ld水柱产氧 平均10.01g/m2d表层产氧是中层的4-30倍，平均7倍养鱼池（哈尔滨）：冬季光合作用产氧速率表层 0.21-12.45 ,平均 2.34-2.11mgL-1d-1，仅为夏季的11-13%（2）影响光合作用产氧的因素 光照条件 水温 水生植物种类和数量 营养元素供给状况3、补水 工厂化流水养鱼补水是主要的补氧措施之一在非流水养鱼的池塘中，补水量较小，补水对鱼池的直接增氧作用不大 例：面积0.40hm2水深2m的鱼池，池水溶氧量为4.00mg/L。

用流量60m3/h的水泵补充20时被空气饱和的水库水4h问池水平均每升可补充多少氧气？解：水库水一般为淡水，查表20时氧气在水中的溶解度为9.07mg/L池中原有水量 V1=10000m2/hm20.40hm22m=8000m3补充水量 V2=60m3/h4h=240m3补水后水中溶氧含量 c = (80004.00 + 2409.07)/(8000+240) = 4.15平均每升水中补充的氧气量 c=4.15-4.00=0.15(mg/L)国外低产鱼池 光合作用89%、空气溶解7%、补水4%国内淡水高产鱼池 光合作用61%、空气溶解39%（因开增氧机导致空气溶解所占比例增大）、补水增氧可忽略 雷衍之(1983） 光合作用86%、空气溶解14% 姚宏禄(1988） 海水池塘 光合作用91.3%100%、空气溶解5.3%7.8% 徐宁（1999）二、水中氧气的消耗鱼、虾等养殖生物呼吸 水中微型生物耗氧-“水”呼吸 浮游动物、浮游植物、细菌呼吸底质的耗氧-“泥”呼吸逸出夜间水体的耗氧因素1、鱼、虾等养殖生物呼吸影响因素 种类、个体大小、个体发育阶段； 环境因素：温度、盐度、溶解氧水平、pH 营养状况：摄食、饥饿测定方法 静水和流水法三角帆蚌耗O2速率（陈锦富等，1988）静止时间时间(h)水中DO（mg/L）平均耗O2率（mg/kg/h）试验试验前7.015.4522.8123.7025.8032.2022.1041.2014.7750.658.2060.354.4870.354.4880.251.4790.200.72100.100菲律宾蛤仔的耗氧率 QO=0.307W-0.7381.004T20-32栉孔扇贝的耗氧率 QO=0.040W-0.3491.079T20-28中国明对虾的耗氧率 QO=0.061W-0.1361.089T20-30式中：QO-mg/g/h；T-温度()；W-湿重(g)不同盐度下中国明对虾的耗氧率盐盐度（S）体重（g）耗氧率（mgO2/g/h）53.3300.5050.5660.074a133.3340.3480.5090.083a203.0540.4420.4480.073b283.1160.4030.4080.083b353.1860.6190.5540.129a不同摄食状态下中国明对虾的耗氧率摄摄食状态态体重（g）耗氧率（mgO2/g/h）饥饿饥饿3.0980.2930.4850.072a配合饲饲料3.1260.3640.6270.015b沙蚕3.1670.0.4130.8920.131c耗氧率的流水测定装置示意图1.流水式呼吸瓶2.温度控制器3.测温探头4.加热器5.潜水泵6.玻璃水槽7.玻璃钢水槽8.水位控制板9.溢流水管10.提水水管11.水流调节阀12.玻璃量筒（测流速用）13.溶氧水样瓶14.水位线15.水流方向 2、水中微型生物耗氧-“水”呼吸“水”呼吸是指水中的浮游生物、浮游细菌、水中 溶解态和颗粒态有机物的呼吸耗氧影响因素 浮游生物、浮游细菌的密度 温度、有机物的量等测定方法 黑白瓶法或间接推算有藻类水华的池塘 5.3-13.5mg/Ld无藻类水华的池塘（原苏联）2.4-5.3mg/Ld高产养鱼池 表层 2.48-10.8 ,平均 0.680.19mg/Ld 中层 1.15-8.34,平均4.960.66mg/Ld （我国无锡地区，4-8月份） 哈尔滨地区越冬池冬季“水” 呼吸 0.04-3.76mg/Ld，平均0.620.52mg/Ld 仅为夏季水呼吸平均值的9%左右 Boyd等（1978）： 水体呼吸耗氧速率（mgL-1h-1)=-1.006-0.00148COD-0.0000125COD2+0.0766T-0.00144T2+0.000253CODT式中：COD单位为mgL-1，其适用范围为20-140mgL-1；T为温度（），适用范围为20-30。

前提条件 浊度是由非浮游生物引起水体呼吸耗氧速率（mgL-1h-1)=-1.133+0.00381S+0.0000145S2+0.0812T-0.000749T2-0.000349ST式中：S为透明度（cm) ，T为温度（） 适用范围为20-30 前提条件 浊度是由浮游生物引起 徐宁等（2000） 海水养虾池塘氧消耗中，“水”呼吸平均为3.34-5.03gO2/m2/d 占总消耗的58.2%-69.7% “水”呼吸浮游动物：534%（平均23.5%）浮游植物：432%（平均19.1%）细 菌：4473%（平均57.4%）前苏联学者对十个湖泊水库的“水”呼吸组成研究指出：3、底质呼吸-“泥”呼吸“泥”呼吸 包括养殖水体底泥中含有的各种 有机质及生物类群影响因素 温度、底栖生物量、 底泥中的有机物质量测定方法 底泥呼吸器雷衍之等（1992）以圆柱式采泥器直接测定底泥耗氧速率： SODgO2.m-2.d-1=0.244exp(0.0423t)SODgO2.m-2.d-1=0.636+120X式中： SOD为底泥耗氧。