林文辉老师详谈池塘里的那些事儿

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　池塘里的那些事儿（1）

　　养鱼八字法当中的第一个字就是水，养鱼先养水也人尽皆知。然而，真正懂得“水”的，又有几人？
　　
　　如果说，天底下没有两块完全相同的土壤，那么，同样，天底下没有两个完全相同的水体。
　　
　　大凡种地的农民都知道，不同的土壤适合于种植不同的庄稼。同样，不同的水体最适的养殖品种也不同。
　　
　　在不同的土壤中种植相同的植物，由于土壤不同，需要施的肥料也不同，同理，养殖同样的动物，不同的水体，所需要的投入品也不同。
　　
　　不同的土壤，决定了不同的植被。不同的水体，组成生态系统的藻类、细菌也不同。同一种肥料，在不同的水体中培出来的细菌、藻类也不同。
　　
　　种地的，可以测土施肥，科学种植。前提是懂得土壤的属性，同时也懂得植物的需求。
　　
　　养鱼养虾的朋友们，你们懂得水的属性吗？你们知道鱼虾对环境的需求吗？尽管我们也强调测水调水，那测什么调什么？如果你既不懂水，也不懂鱼虾，你怎么能做到科学养殖呢？只能说是瞎养！
　　
　　最让人不寒而栗的是，整个水产界帮你调水的“技术员”其实没有几个真正懂水！这无异于盲人扶着盲人过马路！

文章来源于林文辉QQ空间

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　　池塘里的那些事儿（2）

　　
　　水的组成是千变万化的。
　　
　　自然界没有不含矿物质的“纯净水”。当水蒸气在大气中形成雨滴的时候，没污染的大气中的氧气、氮气、二氧化碳，污染大气中的各种氧化物如二氧化硫、氧化氮、二氧化氮；各种气溶胶（如PM2.5）等就溶解到水里了。
　　
　　当雨水落到地面，与土壤、岩石接触后，又溶解了其中一些矿物质。这些雨水或汇成径流，形成江河，最后回到大海，或渗入地下，形成地下水，或驻留于地下，或形成泉水，最后也回到大海。
　　
　　水在运动过程中，接触过什么土壤、岩石，都会留下“印记”，经历的不同，导致水体组成的差异。反过来说，水的差异，是因为水体所含的矿物不同。
　　
　　所以说“水是一种流动的矿床”，或者说，水是一种流动的“土壤”。
　　
　　理论上，水中含有地球上所有的物质，包括所有元素、天然或人工的化合物，只是浓度不同而已。
　　
　　一般来说，雨水的平均盐度大约为0.0003%，地表水为0.003%，地下水为0.03%，河口水为0.3%，海水为3%，有些盆地卤化水可高达30%。
　　
　　尽管水体中含有各种矿物质，但大多数矿物质溶解度很低。构成上述盐度的主要离子为：钙、镁、钾、钠，以及碳酸氢根、碳酸根、硫酸根和盐酸根。在海水中，上述离子的总和（重量）构成海水盐度的99.8%。

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　　池塘里的那些事儿（3）

　　
　　虽然说“有水到的地方就有鱼虾”，但是，从生产角度讲，并不是所有水体都适合养殖。这里牵涉到效率问题。就像所有土地都可以用来种庄稼，但是，有些土地由于太瘦而没有利用价值。
　　
　　和土壤一样，不同水体，生产力也有所不同。生产力高的水体，可以高产，生产力低的水体，虽然也可以高产，但必须付出更高的代价（成本）。
　　
　　例如，我们年头挖个池塘，放水，放些鱼苗，不去管它，年底就有鱼抓了。关键是，能有多少产量？
　　
　　根据前人对水库湖泊生产力调查研究的数据，产量是毛生产力的0.1%～0.7%。我们按0.5%计算：假设我们池塘的平均毛生产力是8克氧/平方米/天，即3克碳/平方米/天，这样，一年的亩产是：3X365X666.667X0.5%/15%/1000=24.33（公斤/亩）。（15%是活鱼体的碳含量。）
　　
　　如果我们池塘的生产力是16克氧/平方米/天，则亩产是48.66公斤。很明显，生产力决定产量。
　　
　　当然，有人说，生产力低的水体，我们可以通过投饵来提高产量啊？这话没错，问题是，我们能投多少饲料？
　　
　　假设我们用很好的饲料，每公斤饲料可以生长一公斤鱼。一公斤饲料含碳大约500克，一公斤鱼含碳大概150克，所以，每投一公斤饲料，池塘必须能提供（500-150）/12X32=933.33克氧。
　　
　　生产力低的池塘有多少剩余氧（我们先假设池塘不留氧债），亩产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公斤饲料。因此，在没有任何增氧措施的情况下，生产力低的池塘投喂饲料的产量是24.33+10.24=34.57公斤。
　　
　　可见，生产力低的池塘提高产量需要付出饲料的代价。
　　
　　同样，生产力高一倍的池塘的剩余氧也高一倍，可投入的饲料也高一倍，因此，产量也高一倍，即48.66+20.48=69.14公斤。
　　
　　所以，有人认为，投喂饲料的池塘水体生产力对产量影响不大，甚至由于池塘生产力高，天然饲料多，不利于饲料销售。这种观念是不正确的，因为生产力低的池塘饲料根本投不进去。
　　
　　可以说，生产力低的水体不太适合于水产养殖。
　　
　　（以上的数据是用来说明问题的，池塘的实际情况不同，因为池塘水体与大气存在着气体交换，池塘底部也存在氧债，可以承受的饲料比上述数据高得多，因此产量要比这个例子高得多）。

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　　池塘里的那些事儿（4）

　　问苍茫大地，谁主沉浮？
　　
　　是什么因素，支配这水生生态系统的天然生产力？一般来说，水生生态系统的天然生产力来自系统的光合作用效率。因此，支配天然水生生态系统的生产力主要因素有两个：太阳辐射和二氧化碳。
　　
　　太阳辐射是地域性因素，不是水体自身的因素。所以，就水体自身因素而言，支配水生生态系统的主要因素是二氧化碳。
　　
　　虽然大气中的二氧化碳可以溶解到水体中，但由于空气中的二氧化碳浓度很低，靠空气中的二氧化碳向水中扩散很难满足水生生态系统光合作用的需求。
　　
　　因此，水体中的二氧化碳主要来自土壤和岩石矿物的溶解，在所有能产生二氧化碳的含碳酸的岩石中，碳酸钙的溶解度是比较高的。
　　
　　“由于碳酸钙的快速风化和碳酸盐的缓冲能力，少量的碳酸钙可以主宰水生系统的地球化学行为” （Murse，1990）。

　　
　　如果以碳酸做横坐标，钙为纵坐标作图，我们可以发现，上图中只有A区的水质才适合于水产养殖。

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　　池塘里的那些事儿（5）

　　

　　如果把上图（池塘里的那些事儿4）换一种表达方式，就可以得到下图：
　　

　　从图中可以看出，高钙水体碳酸含量低，碳酸钙含量也低，高碳酸水体钙含量低，碳酸钙含量也低。水体中碳酸含量等于钙含量时，碳酸钙含量最高。
　　
　　由于水体的缓冲能力与碳酸钙含量有关，所以，高钙低碳酸或低钙高碳酸的水体缓冲能力都偏低。
　　
　　因此，从水体稳定性能来看，钙浓度大约等于碳酸的水体缓冲能力最强。
　　
　　水体中的二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根是可以相互转化的，在水中，总碳酸包含了碳酸氢根和碳酸根，所以，水体中的总碳酸当量约等于总碱度（总碱度约等于碳酸氢根+两倍碳酸根）。
　　
　　也就是说，碳酸根当量大致上可以用总碱度表示。这就解释了水产养殖传统上认为钙硬度大约等于总碱度的水最好的道理。

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　　池塘里的那些事儿（6）

　　对生态具有重要影响的水体重要属性包括：温度、盐度、pH、pe、碱度、硬度。
　　
　　其中，温度是地域太阳辐射属性，pe是生物活动的结果。pH受水体本身和生物活动的双重影响。
　　
　　决定水质其它参数的是溶解于水中的八大离子：钙、镁、钾、钠、碳酸氢根、碳酸根、硫酸根和盐酸根（或称氯离子）。其中钙、镁、钾和钠是阳离子，碳酸氢根、碳酸根、硫酸根和盐酸根是阴离子。
　　
　　1、八大离子的重量和决定了水的盐度。例如，标准海水中，这八大离子的重量和占总离子重量和（即盐度）的99%以上。
　　
　　2、八大离子中阳离子的当量和与阴离子当量和之差，决定了水体的pH。水是电中性的（正电荷与负电荷相等）。当水体中阳离子（带正电荷）的当量和小于阴离子（带负电荷）的当量和时，水体中的氢离子（带正电荷）浓度就会高于羟离子（带负电荷）浓度，水体呈酸性（pH低于7）；当阳离子的当量和等于阴离子当量和时，氢离子浓度等于羟离子浓度，水体呈中性（pH等于7）；当阳离子当量和大于阴离子当量和时，氢离子浓度低于羟离子浓度，水体呈碱性（pH高于7）。
　　
　　3、八大离子中钙和镁决定了水体的硬度。即水体的总硬度大约等于（毫摩尔钙离子/升+毫摩尔镁离子/升）X100（毫克碳酸钙/升）。
　　
　　4、八大离子中碳酸氢根和碳酸根决定了水体的总碱度。即水体的总碱度大约等于（毫摩尔碳酸氢根/升+2X毫摩尔碳酸根/升）X50（毫克碳酸钙/升）。
　　
　　可见，八大离子的组成是水体的最重要属性。所以，只有了解水体的八大离子组成，才能了解水体的属性，才能为水质调节提供基本依据。

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　　池塘里的那些事儿（7）

　　
　　水质调节之一

　　水产养殖与水质属性
　　
　　基本原则：养殖的目的是创造经济效益（说白一点，养殖的目的就是赚钱），用动物最适宜的水质去养殖，效益是最高的。因此，如果确定了某种动物，就选择该动物最佳的水质条件；或，给定水质条件，那只能选择适合于该水质的动物去养殖。
　　
　　如果要在偏离动物最佳的水质条件进行养殖，必然要付出相应的代价（即提高养殖成本）。因此，在投入养殖之前，必须进行经济效益评估。
　　
　　换而言之，没有不能养殖的水体，只是有没有经济效益而已。例如，你可以在寒冷的地方养热带鱼，通过人为加热就可以解决温度问题，只是加热造成成本增加，只要还有钱赚，完全可以进行。如果由于加热成本而不能盈利，那养殖再成功也没有任何意义。
　　
　　水质调节的目的是：一、满足养殖动物最佳生存生长的需要；二、满足环境生物最佳生长的需要。
　　
　　养殖前的水质调节是对水质属性的“校准”，养殖过程中水质调节是对水质变化的“维护与修正”。
　　
　　因此，想把水质调属性校准好，必须满足两个条件：一是调节之前，知道你的池塘水的水质是什么；其次，知道你想满足的动物、植物、细菌所需要的水质条件是什么。例如，你打算养殖南美白对虾，那你必须知道你的池塘水质属性是什么，南美白对虾对水质的要求是什么。
　　
　　另外，水质调节至少包含两个层次，一个是个性调节，即针对养殖对象，如南美白对虾养殖；另一个是共性调节，即池塘水体的生产力和缓冲能力的调节。
　　
　　个性调节。例如，我想养殖南美白对虾，首先我得知道，南美白对虾生存生长的最佳水质条件是什么？如果我发现这根本找不到研究资料，那我得去了解南美白对虾祖籍（南美洲墨西哥湾）的水质指标是什么。其次，我也必须知道我的池塘现在的水质指标是什么；什么东西多了，什么东西少了。其三，如果我要购买现成的水质调节产品，我还得了解各种产品的有效成份和浓度。
　　
　　共性调节。共性调节一般指的是生产力和缓冲能力的调节，对所有养殖对象都大同小异。目标就是提高水体的光合作用效率，稳定藻相、菌相以及其它各种水质参数。
　　
　　一般来说，世界上没有两个属性完全相同的水体，而“水质调节”并非像配制培养基培养细菌那样完全标准化。例如养殖南美白对虾，我们没有可能也完全没有必要配制出墨西哥湾的标准海水去养殖（当然，或许用墨西哥湾海水养殖效果是最好的）。
　　
　　水质调节的本质是对水体中八大离子进行调节。但是，水中的矿物是易增难减的，也就是说，少了容易通过添加来解决，多了是很难处理掉的。因此，水质调节是在现有水质的条件下，根据养殖动物、环境生物的最佳需求进行“优化”而已。

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　　池塘里的那些事儿（8）

　　
　　水质调节之二
　　
　　水质调节的本质是对八大离子的浓度和比例进行调节。根据电中性原理，有：
　　
　　氢离子+钙+镁+钠+钾=碳酸氢根+碳酸根+硫酸根+盐酸根+羟离子
　　
　　单位为当量/升。
　　
　　其中，
　　
　　A、［氢离子］X［羟离子］约等于10的负14次方。意味着其中一个离子的浓度上升，另一个离子的浓度必然下降。
　　
　　B、碳酸氢根和碳酸根（水体中碳酸氢根加碳酸根加溶解的二氧化碳称为总无机碳）不仅会根据pH互相转化，而且与大气二氧化碳浓度存在着平衡关系。意味着当水中的浓度不足时，大气中的二氧化碳会溶解于水中，引起总无机碳增加；当水中的浓度过饱和时，水中的无机碳会转化为二氧化碳进入大气中，引起总无机碳浓度降低。
　　
　　C、由于碳酸钙的溶解度低，钙离子浓度与碳酸根的浓度之间会相互制约。当碳酸根与钙离子的溶度积达到饱和时，钙离子浓度的增加会引起碳酸根浓度的降低，反则反之。
　　
　　水质调节和做饲料配方的道理是一样的——牵一发而动全身！调节一种离子，必然会影响到其它离子。例如，想提高pH，即降低氢离子浓度，世界上没有一种能够单独降低氢离子浓度的方法！
　　
　　例如，传统上，我们通过添加石灰（氧化钙）来提高pH，就是通过提高阳离子的浓度来“挤兑”氢离子。但是，由于钙离子浓度发生变化，除了降低氢离子浓度而提高pH外，阳离子（钙）浓度的增加，必然导致阴离子浓度相应增加，此时，羟离子浓度增加，而羟离子的增加又导致二氧化碳被吸收，总碱度增加，同时pH的变化又打破了原来的碳酸平衡体系，碳酸氢根和碳酸根按不同比例增加。
　　
　　可见，用石灰调节pH，水体中变化的不仅仅是氢离子浓度，而是发生了一些列变化——包括硬度、碱度、盐度、镁/钙比值、碳酸氢根/碳酸根比值等等。

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　　池塘里的那些事儿（9）

　　水质调节之三
　　
　　水质调节的本质是八大离子的组成调节。就共性而言，就是碱度、硬度和pH调节。
　　
　　请读者再回头看看（4）那张示意图，水质调节的目的就是希望将自己池塘水的属性调整到A区的范围内。
　　

　　如果你的池塘水质属性本身就落再在A区，那恭喜你，你的水质已经很好了。但可以进一步优化，让它落到那条弧线上（即碳酸钙处于饱和临界状态），那才是最佳的。
　　
　　A区的水可以用石灰调节（同时提高碱度、硬度和pH）。如果只想提高硬度而不想提高碱度和pH，可使用硫酸钙或氯化钙；如果只想提高碱度而不想提高硬度，可使用碳酸钠或碳酸氢钠。如果想同时提高碱度和硬度，又不想提高pH，可用硫酸钙或氯化钙与碳酸钠或碳酸氢钠按1:1的摩尔比例同时使用。
　　
　　D区水质的调节。这个区域的水体属于低碱度、低硬度，但往往也是低盐度偏酸的水体，常见于山区的水库水。这种水体偏“瘦”，培藻比较难，晴天早晚pH变化大，容易倒藻和滋生蓝藻。鲢鳙鱼产量很低，经常碰到低溶氧、高氨氮的问题。
　　
　　尽管D区的水体钙+镁与碳酸根+碳酸氢根比较接近（即硬度与碱度比较接近），但浓度都很低。必须同时提高碱度、硬度和pH，因此，只需要使用石灰就可以了。造成这种水质属性的一个很重要的原因，可能是这种池塘的底部土壤严重缺钙。因此，水体中的钙很容易流失，必须经常检测钙浓度并不时补充。
　　
　　由于盐度很低（可溶性固体很少），碳酸钙溶解度不大，碱度和硬度一般只能调节到70～80（毫克碳酸钙/升）左右。但要勤调。
　　
　　如果池塘里还没放苗，可以大剂量使用石灰处理。如果已经放了苗，就要非常小心。许多养殖户往往是等到池塘出了问题才想起水质调节，但是，俗话说，虚不受补！特别是当池塘氨氮浓度高的时候下石灰是非常危险的。
　　
　　由于D区水体碱度低、硬度低，几乎没什么pH缓冲能力，所以，晴天光合作用会引起水体pH剧烈波动，晴天中午或下午pH会比较高，因此，石灰应该在晴天的凌晨或阴天使用。同样，水体缓冲能力差，每次石灰的使用量也不能多。

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　　池塘里的那些事儿（10）

　　
　　水质调节之四
　　

　　B区的调节。按照八大离子当量平衡等式，B区水质等式的左边钙离子浓度合适，但右边的碳酸根和碳酸氢根不足。可以判断，水体中的钙主要是以硫酸钙或氯化钙的形式存在。
　　
　　因此，B区的水质调节是左边补充镁或钠或钾，等式右边补充碳酸根或碳酸氢根。如果总硬度等于钙硬度，说明镁不足，可补充碳酸镁，如果镁也合适，则补充钠或钾，由于钾是一种植物营养素，不宜太高，一般情况下是补充钠。常见的调节剂为碳酸钠或碳酸氢钠。
　　
　　由于碳酸钠的钠离子含量高于碳酸氢钠，所以补充碳酸钠的剂量可以少一些。
　　
　　如果水质属性落在B区的下限，除补充碳酸钠外，还可以适当补充一些氧化钙。
　　
　　B区水质调节本质上是通过补充镁、钠、钾，将硫酸钙或氯化钙转化为硫酸镁或硫酸钠或硫酸钾，或将氯化钙转化为氯化镁或氯化钠或氯化钾，从而将钙转化为碳酸钙。
　　
　　由于调节B区的水质属性会带来pH上升，因此也必须关注水体中的氨氮，操作和注意事项与D区一样。
　　
　　C区水质的调节。与B区相反，C区水质的八大离子平衡等式中，右边的碳酸根、碳酸氢根够，但左边的钙不足，所以，这种水的矿物主要是碳酸钠（碳酸镁或碳酸钾型的水很少见）。
　　
　　很明显，左边需要补钙，但右边不能补碳酸，只能补硫酸根或盐酸根。因此，C区的水质需要用硫酸钙或氯化钙来校正。
　　
　　很多人以为缺钙都可以用“石灰”解决，在这种情况下使用石灰，根本补不了钙！一不小心反而会导致“脱钙”，造成更加严重的缺钙。
　　
　　由于硫酸钙或氯化钙既不耗氧，也基本上不改变pH，所以，一般随时都可以进行操作。

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池塘里的那些事儿（11）

　　水质调节之五
　　
　　极端水质属性的调节
　

　
　　前面说过，对于水质矫正而言，加易减难。B区缺碳酸碱度、C区缺钙硬度，D区两种都缺，缺可以通过补充来解决。而水体中某些矿物过量，必须“拿掉”就没那么方便了，必须付出更大的代价才能矫正过来。
　　
　　F区和G区就是极端水质。江河湖海中这种属性的水体很少，造成这种极端属性的原因是池塘土壤引起的，前者是酸性硫酸盐土壤的池塘大量或长期使用石灰引起的，后者是盐碱地土壤土壤引起的。
　　
　　上述这两种水质属性本身不适合于水产养殖，如果有选择余地的话，尽量避免在这样的水质属性进行养殖。还是那句老话，没有养不了鱼虾的水，只是有没有经济效益而已。
　　
　　F区的八大离子中主要是硫酸钙，高水平的钙导致碳酸盐碱度非常低，光合作用效率很低，难培藻，易倒藻。如果不降低钙含量，根本无法提高碱度。
　　
　　尽管水体偏酸，但不能用石灰处理，如果使用石灰处理，pH在短时间内可以提高。而pH的提高又使原本只有少量碳酸氢根转化为碳酸根，将所添加的石灰完全沉淀掉，过两天pH又回到原位，这就是我们常说的“返酸”现象。
　　
　　处理方法是根据八大离子平衡原则，采用钠离子去平衡硫酸根，降低方程左边的钙，同时提高右边的碳酸碱度。
　　
　　1、氢氧化钠。氢氧化钠加到水里后，提高水体的pH，使［二氧化碳］<—>［碳酸氢根］<—>［碳酸根］缓冲系统向右移动，使空气中的二氧化碳不断进入水里，产生更多的碳酸根，形成碳酸钙沉淀，降低钙离子水平。
　　
　　2、碳酸钠。碳酸钠与硫酸钙起反应产生硫酸钠和碳酸钙，过量的碳酸钙发生沉淀，降低钙离子水平。
　　
　　3、碳酸氢钠。碳酸氢钠的作用与碳酸钠相同，比碳酸钠温和，但用量差不多高一倍。
　　
　　由于［钙］X［碳酸］=常数（碳酸钙溶度积），钙少了，碳酸自然就会多出来。
　　
　　G区水质属性的调节。与F区相反，G区水中八大离子的组成主要是碳酸氢钠，也就是人们常说的碳酸水。高水平的碳酸根限制了钙的浓度，如果不降低碱度，无法提高钙的浓度。只有除掉一定数量的碳酸，才能提高钙浓度以满足养殖动物如对虾生存生长的需要。
　　
　　1、盐酸。盐酸降低pH，使上述碳酸盐缓冲系统向左移动，使碳酸根转化为碳酸氢根，碳酸氢根再转化为二氧化碳并逸出水体，同时，盐酸中的氯离子占据了碳酸的位置，从而为钙离子的溶解提供空间。
　　
　　2、氯化钙。氯化钙与碳酸氢钠反应，形成氯化钠和碳酸钙沉淀，从而降低碳酸盐碱度，为钙的溶解提供空间。
　　
　　总而言之，极端的水质属性调节需要付出很大的代价，成本也很高。尤其是盐碱水，因为高碱度本身对pH有很强的缓冲作用，意味着需要加入大量的盐酸才能降低一点点pH。

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池塘里的那些事儿（12）

　　pH的管理（1）
　　
　　pH是水体中氢离子浓度的负对数（pH=-log［H+］）。pH每上升或降低1个单位，氢离子浓度相差10倍。
　　
　　影响水体pH的因素包括水体属性自身的pH（我们称之为pH原点，由水体中阴阳离子当量平衡状态所决定），以及水体中二氧化碳消长平衡（生物呼吸产生二氧化碳，pH下降，藻类或植物光合作用消耗二氧化碳，pH上升）。还有其它一些因素也会引起pH变化，如铵离子会引起pH上升，而铵转化为硝酸后会引起pH下降，硝酸脱氮会引起pH上升。当然，生物的呼吸作用和光合作用对pH的影响是最大的。我们日常在池塘水体检测到的pH值是一个表观综合数值。
　　
　　池塘中日常pH的管理（调控）包括两个层次或内容：一个是pH调节，另一个是pH控制。pH调节是指对水体属性的矫正，即对pH原点的调整；pH控制是对pH变化的幅度、漂移方向的控制，本质上是通过对生物活性（光合作用和呼吸作用）的调节来控制二氧化碳的消长，从而干预pH的走向。
　　
　　水体中pH的缓冲体系是碳酸体系。因此，必须了解碳酸体系，才能实现对pH的科学调控。
　　
　　封闭条件下，给定溶解无机碳（DIC）的浓度，随着pH的变化，水体中的二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根之间的比例发生相应的变化（图3）。这是大家所熟悉的。
　　

　　图3、封闭条件下平衡时溶解无机碳（二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根）与pH的关系。
　　
　　但是，池塘是“半开放”的体系，之所以说是半开放，是因为水体中的二氧化碳与大气中的二氧化碳之间存在着交换，但又很难短时间内达到平衡状态。
　　
　　很多人没有真正理解图3，总以为当pH高于8.3时，水体中“没有二氧化碳”，其实，在开放体系下，与大气平衡时，水体中二氧化碳的浓度是不随pH的变化而变化的（图4）。在给定温度、盐度的情况下，二氧化碳的浓度只与大气二氧化碳浓度（pCO2）和二氧化碳溶解常数（k0）有关（［CO2］=pCO2Xk0）。
　　

　　图4、开放条件下平衡时溶解无机碳（二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根）与pH的关系。
　　
　　从图4可以看出，水体中溶解的无机碳随着pH的上升而上升。
　　
　　从图4可以看出，pH7.5以下水体中的溶解的无机碳含量很低，根本满足不了光合作用的需要，而当pH高于8.5时，碳酸根含量开始上升，可能又对养殖动物有不良影响（图4的盐度是千份之一，盐度不同碳酸根拐点不同）。这就解释了一般池塘水质pH为什么要在7.5～8.5之间。

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池塘里的那些事儿（13）

　　pH的管理（2）
　　
　　要管理好pH，首先要明白pH为什么变化？变化规律是什么？所以，必须了解一下相关的理论和相关的术语：
　　
　　总碱度（TA）、碳酸氢根（HCO3）、碳酸根（CO3）、羟离子（OH）、氢离子（H），且
　　
　　［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］-［H］……（1）
　　
　　单位：摩尔/升，方括号表示浓度，下同。
　　
　　二氧化碳（CO2）、碳酸离解常数（k1），碳酸氢根离解常数（k2）且
　　
　　［HCO3］=［CO2］k1/［H］……（2）
　　
　　［CO3］=［HCO3］k2/［H］=［CO2］k1k2/［H］^2……（3）
　　
　　水的电离常数（kW），大气二氧化碳浓度（pCO2），二氧化碳溶解常数（k0），且
　　
　　［OH］= kW/［H］……（4）
　　
　　［CO2］= k0pCO2……（5）
　　
　　将方程（2）、（3）、（4）代入方程（1）得：
　　
　　［TA］=［CO2］（［H］k1+2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］-［H］
　　
　　整理得：
　　
　　［H］^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中可以见到，［H］的浓度变化是随着［CO2］而变化的。白天浮游植物光合作用吸收水体中的二氧化碳的速度大于水体中各种生物呼吸产生的二氧化碳，造成水体的二氧化碳的浓度降低，为了维持方程两边的平衡，［H］浓度相应降低，pH上升。夜间或阴天光合作用停止或下降，呼吸作用产生二氧化碳的速度大于二氧化碳的消耗，造成水体中二氧化碳的浓度上升，为了维持方程两边的平衡，［H］浓度相应增加，pH下降。这就是池塘水体pH 24小时的变化模式。
　　
　　其次，单位二氧化碳变化所引起的pH变化幅度取决于总碱度的浓度，总碱度越高，pH变化幅度越小。也就是说，总碱度对pH有比较强的缓冲作用。
　　
　　当水体中的二氧化碳浓度等于k0pCO2，即水体中的二氧化碳浓度与大气二氧化碳浓度平衡时，水体的pH就是pH原点。即（方程5代入方程6）有
　　
　　［H］^3 +［TA］［H］^2 -（k0pCO2k1 + kW）［H］- 2k0pCO2k1k2 = 0 ……（7）
　　
　　需要说明的是，方程中的所有参数，k0、k1、k2、kW都是盐度和温度的函数，也就是说，盐度和温度不同，上述参数的值都不同（可查表）。其次，很多论文上大气二氧化碳平均浓度是按350ppm计算的，但由于近年来大气二氧化碳浓度上升，根据网络资料，目前全球大气二氧化碳的平均浓度是400 ppm。

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池塘里的那些事儿（14）

　　pH的管理（3）
　　
　　pH的调节。
　　
　　pH的调节本质上是四大阳离子和四大阴离子当量平衡度的调节。换句话说，pH的调节是通过八大离子之间比例的调节来实现的。
　　
　　因此，pH的调节必然牵涉到碱度和硬度，特别是钙硬度。例如，A区和D区是碱度、硬度、pH同时调节的；B区是碱度、pH同时调节，可对硬度进行微调；C区只调节硬度，也可微调碱度；F区是提高pH、提高碱度的同时降低硬度，而G区是降低pH、提高硬度的同时降低碱度。不同属性的水质调节各不相同。
　　
　　很多养殖朋友都会问，到底我的池塘水碱度、钙硬度、pH该怎么调节？用什么物质调节？用量多少？能调节到什么程度，哪个点是最佳的？
　　
　　由于不同池塘水体的水质属性不同，调节的手段、剂量、所能达到的水平以及最佳点都不一样，因此，很难回答，甚至可以说无法回答上面的问题。
　　
　　那池塘水质是不是意味着没办法精确调节了？那也不是。池塘水质是可以精确调节的，只是需要知道池塘水质属性才能精确调节。就像给人调理身体一样，要先把脉诊断，才能正确地开出有效的处方！如果一个人没帮你把脉，就给你开药方，能对症下药吗？闭着眼睛随便给你开的药你敢服用吗？
　　
　　池塘水质是可以精确调节的，只是需要数据，计算也十分复杂，需要有一定水平的化学、生物化学和数学知识。
　　
　　水质调节中牵涉到的术语除了前面讲过的 TA、HCO3、CO3、CO2、H、OH、k0、k1、k2、kW、pCO2外，还有钙离子（Ca）碳酸钙饱和常数，或称碳酸钙溶度积（kSPCaCO3），同样，碳酸钙饱和常数也是温度和盐度的函数（从接近纯淡水到标准海水相差接近100倍！）。
　　
　　水质调节或pH调节的目标是将水体八大离子中的碳酸根和钙离子调节到碳酸钙饱和的临界状态，并使pH落在养殖动物适应的范围内。
　　
　　因此，水质调节精确的化学计量基本方程包括：
　　
　　［Ca］［CO3］= kSPCaCO3 ……（8）
　　
　　根据［TA］=［HCO3］+ 2［CO3］+ kW/［H］-［H］
　　
　　可得：
　　
　　［TA］=［CO3］（［H］/k2 + 2）+ kW/［H］-［H］
　　
　　即
　　
　　［CO3］=（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）……（9）
　　
　　以及达到碳酸钙饱和临界点所带来的pH原点变化，
　　
　　［TA］= k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10）
　　
　　将方程9代入方程8，有
　　
　　［Ca］（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11）
　　
　　联立方程10和方程11，就可以解决各种不同水质属性的调节方法和精确的化学计量。

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　　池塘里的那些事儿（15）

　　pH的管理（4）
　　
　　A区和D区的pH优化和调节。
　　
　　A区和D区钙硬度和碱度比较接近，对于A区而言，如果碳酸钙还没达到饱和，可以用石灰（氧化钙，CaO）优化。对于D区而言，需要用比较大量的石灰调节，才能将D区调节到A区，计算方法是相同的。
　　
　　将 1 摩尔石灰施到池塘水里，水合后形成 1 氢氧化钙［Ca（OH）2］，水解产生 1 摩尔钙离子（Ca）和 2 摩尔羟离子（OH）
　　
　　CaO + H2O —> Ca + 2OH
　　
　　羟离子吸收二氧化碳产生碳酸氢根（HCO3）和碳酸根（CO3），水体总碱度（TA）增加 2 摩尔。
　　
　　假设池塘中施入 x 摩尔的石灰，水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程（10）和（11）有：
　　
　　［TA］+ 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的代数式，代入方程（11a），解出［H］的值，该值的负对数（-log［H］）就是调节后的pH原点。将［H］的值代入方程（10a），解出石灰的用量x。
　　
　　将该水体调节到碳酸钙饱和临界点所需要的石灰的量是=56x（克/升）。其中56是石灰的分子量。
　　
　　导致D区碱度和钙硬度偏低的原因有可能是池塘土壤缺钙，当水体中钙浓度提高后，会与土壤进行离子交换，导致水体钙的流失。因此，需要进行多次调节。
　　
　　此外，对于D区而言，可能需要大剂量的石灰，如果池塘已经在进行养殖，石灰的使用必须根据水体中氨氮的浓度掌握科学的剂量，避免由于pH变化过大或分子氨过高而造成对鱼虾的伤害或甚至死亡。
　　
　　如果水体硬度都是钙硬度，这样会影响碱度的提升。或许，我们不需要这么高的钙硬度，我们可以用部分镁硬度来取代钙硬度，适当降低钙硬度可以进一步提高总碱度以便提高光合作用效率。那么，我们可以锁定钙硬度去计算总碱度。
　　
　　假设我们设定钙浓度为［Ca］+ a，（a<x）。y为镁浓度，则总碱度提高2（a+y），代入上述两个方程，求出y的值。如果a>y，则需要投入184.3y（克/升）的碳酸钙镁（白云石粉）和56（a - y）（克/升）石灰。如果y>a，则需要投入184.3a（克/升）白云石粉和86.3（y - a）（克/升）碳酸镁。

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　　池塘里的那些事儿（16）

　　

　　pH的管理（5）
　　
　　B区的pH调节。
　　
　　B区钙硬度还合适，但碱度比较低。因此，这种水体的pH一般也偏低。如果用石灰（氧化钙，CaO）来提高pH，往往造成钙离子含量过高而引起碳酸钙沉淀，从而限制了碱度的提高。因此，这种水体用石灰调节pH往往容易出现返酸现象。也就是无效。
　　
　　根据阴阳离子平衡原则，阳离子钙已经满足，阴离子缺乏碳酸根和碳酸氢根。因此，可根据需要补充碳酸镁、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠。
　　
　　例如，将 1 摩尔碳酸钠施到池塘水里，水解后产生 2 摩尔钠离子（Na）和 2 摩尔碱度（碳酸根、碳酸氢根和羟离子）。
　　
　　假设池塘中加入 x 摩尔的碳酸钠，水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程（10）和（11）有：
　　
　　［TA］+ 2x = k0pCO2（k1［H］+ 2k1k2）/［H］^2 + kW/［H］+［H］……（10a）
　　
　　（［Ca］）（［TA］+ 2x - kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11b）
　　
　　重排方程（10a），得x的代数式，代入方程（11b），解出［H］的值，该值取负对数就是调节后的pH原点。将［H］的值代入方程（11b），解出x。
　　
　　如果使用碳酸镁，用量为84.3x（克/升）；如果使用碳酸钾，用量为138.2x（克/升）；如果使用碳酸氢钾，用量为200.2x（克/升）；如果使用碳酸钠，用量为106x（克升）；如果使用碳酸氢钠，用量为186x（克/升）。
　　
　　也可以根据具体离子组成的要求，如根据镁钙比和钠钾比的需求，将x分成几份，分别加入不同的矿物盐，以调整合理的镁钙比和钠钾比。

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　　池塘里的那些事儿（17）

　　
　　pH的管理（6）
　　
　　C区的pH调节。
　　
　　C区碱度还合适，但钙硬度比较低。由于pH与碱度相关，因此，这种水体的pH一般也合适。调节的不是pH，而是钙硬度。一方面满足动物（如对虾）的生理需要，另一方面以提高水体对pH的缓冲性能。
　　
　　这种水体虽然缺钙，但如果用石灰来提高钙硬度，往往造成pH偏高，而pH偏高导致碳酸根大幅度增加，引起碳酸钙沉淀，从而限制了钙硬度的提高。因此，这种水体用石灰调节钙硬度往往很难凑效，甚至容易出现相反的作用——脱钙现象。也就是不但无效，反而起反作用。
　　
　　根据阴阳离子平衡原则，阴离子碳酸根和碳酸氢根已经满足，只是阳离子中缺乏钙离子。因此，应该补充硫酸钙或氯化钙。即只提高钙硬度，不提高碱度和pH。
　　
　　例如，将 1 摩尔氯化钙施到池塘水里，水解后产生 2 摩尔氯离子（Cl）和 1 摩尔钙离子（Ca）。由于氯化钙或硫酸钙不改变碱度，也基本不影响pH，只是提高了钙硬度，所以计算起来比较简单。
　　
　　假设池塘中加入 x 摩尔的氯化钙，水中碳酸钙可以达到沉淀临界点。根据方程（11）有：
　　
　　（［Ca］+ x）（［TA］- kW/［H］+［H］）/（［H］/k2 + 2）= kSPCaCO3 ……（11c）
　　
　　方程（11c）未知数只有x，是一个最简单的一元一次方程。小学生都可以计算出x。
　　
　　如果使用氯化钙，用量为111x（克/升）；如果使用硫酸钙，用量为136x（克/升）。氯化钙或硫酸钙的使用剂量均按无水矿物盐计算。
　　
　　也可以根据具体离子组成的要求，如根据氯硫比的需求，将x分成合适的比例，分别加入氯化钙和硫酸钙。

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　　池塘里的那些事儿（18）

　　
　　pH的管理（7）
　　
　　F区pH的调节。
　　
　　自然界的江河湖海中很少出现F区的这样的极端水质。一般是受酸性硫酸盐土壤的影响或矿山酸性污水的污染造成的。例如，酸性硫酸盐土壤由于开挖池塘而暴露于空气中，土壤中的硫化物（如硫化铁）被氧化而产生大量的硫酸。新池塘水体的pH可能低至4以下。即使大量使用石灰处理也无法提高pH。这是因为使用石灰后水体中的硫酸被石灰中和形成硫酸钙，高浓度的钙离子限制了碳酸的浓度，使碱度和pH无法进一步提高。
　　
　　要提高碱度，就得降低钙浓度，例如用钠离子处理，每减少 1 个钙离子，就必须补充 2 个钠离子，其次，要提高pH，还得降低氢离子浓度，每减少 1 个氢离子，必须补充 1 个钠离子，同时，每增加 1 当量的总碱度，也必须增加 1 当量的钠离子。所以，碱的用量会很大。
　　
　　1、检测盐度、温度、总碱度（TA1）、总钙（TCa1），计算原来的pH原点的氢离子（H1）浓度：
　　
　　［TA1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12）
　　
　　计算该pH原点条件下游离钙离子（Ca1）浓度：
　　
　　［Ca1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13）
　　
　　计算游离钙系数：
　　
　　r = ［Ca1］/［TCa1］
　　
　　2、设定目标pH原点，以该pH下的氢离子浓度［H2］替换［H1］代入方程（12），求出目标pH原点时的总碱度［TA2］。
　　
　　以［H2］和［TA2］替换［H1］和［TA1］代入方程（13）计算［TA2］条件下的钙离子浓度［Ca2］。
　　
　　计算目标pH原点下的总钙浓度（假设游离钙系数 r 不变）：
　　
　　［TCa2］=［Ca2］/r。
　　
　　所需要的钠离子当量为
　　
　　x = 2（［TCa1］-［TCa2］）+［TA2］-［TA1］。
　　
　　具体用量为：
　　
　　氢氧化钠为40.01x（克/升），或氢氧化钾为56.1x（克/升），或氢氧化镁为29.16x（克/升），或碳酸钠为53x（克/升），或碳酸钾为69.16x（克/升），或碳酸镁为42x（克/升）。
　　
　　可根据离子平衡需要按比例分别添加不同离子。

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　　池塘里的那些事儿（19）

　　pH的管理（8）
　　
　　G区pH的调节。
　　
　　和F区一样，自然界的江河湖海中很少出现G区的这样的极端水质。一般是受盐碱地土壤的影响或矿山碱性污水的污染造成的。高碱度的水体一般pH也高，因而碳酸浓度也很高。高浓度的碳酸根离子限制了钙的浓度，使钙硬度无法提高。钙不足尤其对甲壳类的生长、脱壳不利，而高pH对养殖动物具有诸多的不良影响。
　　
　　要降低pH，提高钙硬度，就得降低碳酸根浓度，例如用氯离子处理，每增加 1 个钙离子，就必须补充 2 个氯离子，其次，要降低pH，还得降低羟离子浓度，每减少 1 个羟离子，必须补充 1 个氯离子，同时，每减少 1 当量的总碱度，也必须增加 1 当量的氯离子。由于碱度对pH具有很强的缓冲能力，意味着要大量添加酸根才能降低一点pH。
　　
　　总碱度和钙离子计算方法与F区相同。
　　
　　1、检测盐度、温度、总碱度（TA1）、总钙（TCa1），计算原来的pH原点的氢离子（H1）浓度：
　　
　　［TA1］=pCO2k0（［H1］k1+2k1k2）/［H1］^2 + kW/［H1］-［H1］……（12）
　　
　　计算该pH原点条件下游离钙离子（Ca1）浓度：
　　
　　［Ca1］= kSPCaCO3（［H1］/k2 + 2）/（［TA1］- kW/［H1］+［H1］）……（13）
　　
　　计算游离钙系数：
　　
　　r = ［Ca1］/［TCa1］
　　
　　2、设定目标pH原点，以该pH下的氢离子浓度［H2］替换［H1］代入方程（12），求出目标pH原点是的总碱度［TA2］。
　　
　　以［H2］和［TA2］替换［H1］和［TA1］代入方程（13）计算［TA2］条件下的钙离子浓度［Ca2］。
　　
　　计算目标pH原点下的总钙浓度（假设游离钙系数 r 不变）：
　　
　　［TCa2］=［Ca2］/r。
　　
　　3、需要补充的钙为：
　　
　　x1 =［TCa2］- ［TCa1］
　　
　　纯酸根用量为：
　　
　　x2 =［TA1］-［TA2］
　　
　　酸根离子总当量为：
　　
　　x = 2x1 + x2
　　
　　具体用量为：
　　
　　方案一、先用盐酸（纯盐酸计）36.46x2（克/升）或硫酸49.05x2（克/升），再用无水氯化钙111x1（克/升）或无水硫酸钙136x1（克/升）；先用酸降低碱度再补钙，顺序不可颠倒。
　　
　　方案二、无水氯化钙55.5x（克/升），或硫酸钙68x（克/升）。
　　
　　可根据离子平衡的需要按比例分别添加氯化钙和硫酸钙。
　　
　　F区我们只要补碱降钙，水体中游离的二氧化碳浓度降低，空气中的二氧化碳自然会溶解到水中，因而水中的碳酸碱度必然会提高。但G区补酸降碱后，池塘底部土壤是否有可交换钙能补充，我们无法确定，因此，为保险起见，还是用氯化钙或硫酸钙来调节。