養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)

1、養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)緒論1、 生物圈：生物生存在三個(gè)圈的部分空間中，主要集中在水圈、巖石圈與大氣圈的相鄰部分，稱為生物圈。2、 溫室效應(yīng)：CO2、H2O、CH4、N2O、氯氟烴能吸收地面的長波輻射，不讓熱量向大氣層外空散失，使大氣變暖，稱“溫室效應(yīng)”。3、 水圈：狹義“水圈”是指海洋與陸地各種貯水水體，包括海洋、江河、湖泊、冰蓋、地下水、沉積物中的間隙水等。廣義的“水圈”則還包括其他各圈層中存在的水。4、 水質(zhì)系：水及其中溶存的物質(zhì)構(gòu)成的體系。5、 天然水：是海洋、江河、湖泊（水庫）、沼澤、冰雪等地表水與地下水的總稱。6、 天然水質(zhì)系的復(fù)雜性： 水中含有的物質(zhì)種類繁多，含量相差懸殊 水中溶存物質(zhì)的分

2、散程度復(fù)雜 存在各種生物7、 環(huán)境化學(xué)是研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的來源、存在形態(tài)、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)、控制和治理的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。8、 水環(huán)境化學(xué)與水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)系： 水環(huán)境化學(xué)講授天然水中存在的物質(zhì)的種類、形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律。掌握這些規(guī)律，可以指導(dǎo)我們進(jìn)行養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控，幫助我們進(jìn)行有關(guān)水域生態(tài)學(xué)的研究。 水產(chǎn)養(yǎng)殖的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)離不開養(yǎng)殖水環(huán)境的調(diào)控。水質(zhì)的好壞直接影響到水產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。第一章 天然水的主要理化性質(zhì)1、 離子總量：指天然水中各種離子的含量之和，常用mg/l,g/kg單位表示。大多數(shù)情況下是4種陽離子：Ca2+，Mg2+，Na+，K+，4種陰離子：HCO3-、CO32

3、-、SO42-、Cl-，特殊情況還有NO3-、NH4+或Fe2+等離子。2、 含鹽量對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響 天然水的含鹽量相差懸殊，水生生物水的含鹽量在一定的適應(yīng)范圍，不同種類生物的適應(yīng)范圍不同 淡水魚只能生活在含適量鹽分的水中，不同魚類或同種魚類的不同生長階段的耐鹽限度不同 海水魚在鹽度過低的水中會(huì)死亡 魚的耐鹽限度同鹽分的組成有關(guān)3、 純水的密度是溫度和壓力的函數(shù)。天然水的密度是溫度、含鹽量、鹽分組成、壓力的函數(shù)。4、 天然水的化學(xué)分類法： 含鹽量的分類：a. 原蘇聯(lián)學(xué)者O.A.阿列金提出的分類方法：淡水、微咸水、具海水鹽度的水、鹽水、b. 在湖沼學(xué)與生態(tài)學(xué)中常用的劃分法：淡水、寡混鹽水、中混鹽

4、水、多混鹽水、真鹽水、超鹽水 按主要離子成分的分類阿列金分類法：a. 根據(jù)含量最多的陰離子將水分為三類：碳酸鹽類、硫酸鹽類和氯化物類b. 在類下再根據(jù)含量最多的陽離子將水分為三組：鈣組、鎂組與鈉組c. 根據(jù)陰、陽離子含量的比例關(guān)系將水分為四個(gè)型：I型、II型、III型、IV型。5、 天然水的依數(shù)性：指稀溶液蒸汽壓下降、沸點(diǎn)上升、冰點(diǎn)下降值都與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。6、 天然水的透光性：太陽到達(dá)水面以后，一部分被反射，一部分經(jīng)折射進(jìn)入水體，進(jìn)入水體的部分，一部分被吸收，一部分被散射，余下的繼續(xù)向深部穿射。7、 平靜水面對(duì)太陽直接輻射的反射率隨太陽高度（角）的增大而降

5、低，當(dāng)太陽的高度（角）在30°80°以上時(shí)，反射率只有6.2%2.1%，當(dāng)太陽的高度（角）在30°以下，反射率隨太陽高度（角）的降低而迅速增加。8、 水的流轉(zhuǎn)混合作用： 風(fēng)力的渦動(dòng)混合：水面受到風(fēng)力的吹拂后，表面水會(huì)隨著風(fēng)向移動(dòng)，使水在下風(fēng)岸處產(chǎn)生“堆積”，即造成下風(fēng)岸處水位有所增高，此增高的水位就形成了使水向下運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，因而造成了“風(fēng)力環(huán)流”。風(fēng)力越大，渦動(dòng)混合作用越強(qiáng)烈；水面開闊深度淺的水體，較易混合徹底。 水的密度環(huán)流：液態(tài)水溫度在密度最大的溫度（3.98攝氏度）以上時(shí)，溫度升高會(huì)使水密度減少，溫度降低則會(huì)使水密度增大，符合一般的“熱脹冷縮”原理；反之情

6、況則相反。當(dāng)表層水密度增大或底層水密度減小時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“上重下輕”的狀態(tài)從而形成上下水團(tuán)的對(duì)流混合。既可以小范圍的發(fā)生也可以大范圍的發(fā)生。第二章 天然水的主要離子1、 硬度：指水中二價(jià)及多價(jià)金屬離子含量的總和。2、 鈣、鎂離子在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的意義： 鈣、鎂是生物生命過程所必需的營養(yǎng)元素，它們不僅是生物體液及骨骼的組成成分，還參與體內(nèi)新陳代謝的調(diào)節(jié) 鈣離子可降低重金屬離子和一家金屬離子的毒性 鈣、鎂離子可增加水的緩沖性，故一定的硬度，可以使水具有較好的緩沖性，即具有較好的保持pH的能力 水中鈣、鎂離子比例，對(duì)海水魚、蝦、貝的存活有重要影響3、 堿度：是反映水結(jié)合質(zhì)子能力，也就是水與強(qiáng)酸中和能力的一

7、個(gè)量。4、 堿度與水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)系： 降低重金屬的毒性 調(diào)節(jié)CO2的產(chǎn)耗關(guān)系、穩(wěn)定水的pH 堿度過高對(duì)養(yǎng)殖生物的毒害作用：鹽堿度高的水體其魚類土著的種類數(shù)較少，生長速度較慢5、 硫在水中的轉(zhuǎn)化：硫在水中存在的價(jià)態(tài)主要有+6價(jià)及-2價(jià)，以SO42-、HS-、H2S、含硫蛋白質(zhì)等形式存在。在不同的氧化還原條件下，硫的穩(wěn)定形態(tài)不同。各種形態(tài)之間能相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化一般有微生物的參與： 蛋白質(zhì)分解作用：蛋白質(zhì)中含有硫。在微生物的作用下，無論有氧還是無氧環(huán)境，蛋白質(zhì)中的硫，首先分解為-2價(jià)硫 氧化作用：在有氧氣的環(huán)境中，硫磺細(xì)菌和硫細(xì)菌可把還原態(tài)的硫氧化為元素硫或進(jìn)一步氧化為SO42- 還原作用：在缺氧環(huán)

8、境中，各種硫酸鹽還原菌可以受氫體把SO42-受氫體而還原為硫化物 沉淀與吸附作用：Fe2+可限制水中H2S含量，降低硫化物的毒性 同化作用：硫是合成蛋白質(zhì)必須的元素，許多植物、藻類、細(xì)菌可以吸收利用SO42中的硫合成蛋白質(zhì)第三章 溶解氣體1、 溶解度：在一定條件下，某氣體在水中的溶解達(dá)到平衡以后，一定量的水中溶解氣體的量，稱為該氣體在所指定條件下的溶解度。2、 影響氣體在水中溶解度的因素： 氣體在水中的溶解度，首先決定于氣體本身的性質(zhì)。極性分子氣體在水中的溶解度大，非極性分子氣體在水中的溶解度?。荒芘c水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體溶解度大，不能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體溶解度小。 溫度：一般溫度升高氣體在水

9、中的溶解度降低 含鹽量：當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，水含鹽量增加，會(huì)使氣體在水中的溶解度降低 氣體分壓力：在溫度與含鹽量一定時(shí)，氣體在水中溶解度隨氣體的分壓增加而增加3、 溶解氣體在水中的飽和含量是指在一定的溶解條件下（溫度、壓力、含鹽量）氣體達(dá)到溶解平衡以后，1L水中所含該氣體的量，也可以用ml/L或mg/L兩種單位表示。4、 飽和度：是指溶解氣體的現(xiàn)存量占所處條件下飽和含量的百分比。5、 影響氣體溶解速率的因素： 氣體的不飽和程度 水的單位體積表面積 擾動(dòng)狀況6、 水中氧氣的來源： 空氣的溶解：水面與空氣接觸，空氣中的氧氣將溶于水中，溶解的速率與水中溶氧的不飽和程度成正比，還與水面的擾動(dòng)狀況及單位

10、體積的表面積有關(guān)，也與風(fēng)力和水深有關(guān) 光合作用：水生植物光合作用釋放氧氣，是池塘中氧氣的主要來源。產(chǎn)氧速率與光照條件、水溫、水生植物種類和數(shù)量、營養(yǎng)元素供給狀況等因素有關(guān)。各水層產(chǎn)氧速率隨深度的增加而變化 補(bǔ)水：魚池在補(bǔ)水的同時(shí)，可增加缺氧水體氧氣的含量。在工廠化流水養(yǎng)魚中補(bǔ)水補(bǔ)氧是氧氣的主要來源7、 水中氧氣的消耗： 魚、蝦等養(yǎng)殖生物呼吸：魚蝦的呼吸耗氧率隨種類、個(gè)體大小、發(fā)育階段、水溫等因素而變化 水中微型生物的耗氧：主要包括：浮游動(dòng)植物、細(xì)菌呼吸耗氧以及有機(jī)物在細(xì)菌參與下分解耗氧。這部分氧氣的消耗也與耗氧生物的種類、個(gè)體大小、水溫、水中有機(jī)物的數(shù)量有關(guān) 底質(zhì)耗氧：底質(zhì)耗氧比較復(fù)雜，主要包

11、括：底棲生物呼吸耗氧，有機(jī)物分解耗氧，呈還原態(tài)的無機(jī)物化學(xué)氧化耗氧 逸出：當(dāng)表層水中溶氧過飽和時(shí)，就會(huì)發(fā)生氧氣的逸出。靜止條件下逸出速率很慢，風(fēng)對(duì)水面的擾動(dòng)可以加速。養(yǎng)魚池中午表層水溶氧經(jīng)常過飽和，會(huì)有氧氣逸出。8、 溶氧的變化： 溶氧的日變化：湖泊、水庫表層水的溶氧有明顯的晝夜變化，養(yǎng)殖池塘溶氧的變化更加明顯。這是由于光合作用是水中氧氣的主要來源。 溶氧的月變化與季節(jié)變化：在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，隨水溫變化及水中生物群落的演變，溶氧的狀況也可能發(fā)生一種趨向性的變化；溶氧的季節(jié)變化將是冬季含量高，夏季含量低，隨溶解度而變。9、 溶氧的垂直分布和水平分布： 溶氧的垂直分布：湖泊、水庫、池塘溶氧的垂直分布情

12、況也比較復(fù)雜，與水溫、水生生物狀況、水體的形態(tài)等因素密切相關(guān) 溶氧的水平分布：由于溶氧的垂直分布的不均一性，在風(fēng)的作用下使溶氧的水平分布表現(xiàn)為不均勻10、溶氧動(dòng)態(tài)對(duì)魚的影響： 水中溶氧含量偏低會(huì)導(dǎo)致“浮頭” 溶氧量低還會(huì)影響魚蝦的攝餌量及餌料系數(shù) 溶氧量低也會(huì)增加養(yǎng)殖魚、蝦的發(fā)病率 溶氧量低將導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常 溶氧偏低可使毒物的毒性增加11、溶氧動(dòng)態(tài)對(duì)水質(zhì)化學(xué)成分的影響在氧氣豐富的水環(huán)境中NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2等是穩(wěn)定的；如水中缺氧，則被還原為NH4+、Fe2+、S2-、Mn2+等。此外，在缺氧條件下，有機(jī)物氧化不完全，會(huì)有有機(jī)酸及胺類等有害物質(zhì)產(chǎn)生。在有氧條件下，有機(jī)物氧化

13、則較完全，最終產(chǎn)物為CO2、H2O、NO3-、SO42-等無毒或低毒物質(zhì)。12、改善養(yǎng)殖水體溶氧狀況的方法： 低水體耗氧速率及數(shù)量：養(yǎng)殖生產(chǎn)中常用清淤，合理施肥投餌，用明礬、黃泥漿凝聚沉淀水中有機(jī)物及細(xì)菌等方法，都有這樣的效果。改良水質(zhì)，減少或消除有害物質(zhì)，如懸浮物（濁度）、CO2、NH3 、毒物等。 加強(qiáng)增氧作用，提高水中溶氧濃度：一方面是利用生物增氧，保證水中有充分的植物營養(yǎng)元素和光照，增加浮游植物種群數(shù)量。另一方面是人工增氧，包括機(jī)械增氧和化學(xué)增氧第四章 天然水的pH和酸堿平衡1、 酸度：指水中能與強(qiáng)堿反應(yīng)（表現(xiàn)為給出質(zhì)子）的物質(zhì)的總量，用1L水中能與OH-結(jié)合的物質(zhì)的量來表示。2、 天

14、然水的酸堿性劃分：強(qiáng)酸性 pH<5.0 弱酸性 pH5.06.5 中性 pH6.58.0弱堿性 pH8.010.0 強(qiáng)堿性 pH10.03、 水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH的變化。動(dòng)植物生物量大的水體，表層水pH有明顯的日變化。早晨天剛亮?xí)rpH較低，下午pH較高。4、 天然水具有一定緩沖性的原因： 碳酸的一級(jí)與二級(jí)電離平衡 CaCO3的溶解和沉淀平衡 離子交換緩沖系統(tǒng)第五章 天然水中的生物營養(yǎng)元素1、 常量元素：N、P、K、Ca、Mg、S、C、H、O2、 微量元素：Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl3、 米氏方程4、 天然水中氮元素的存在形態(tài) 溶解游離態(tài)氮?dú)?硝酸態(tài)氮（NO

15、3- - N） 亞硝酸態(tài)氮（NO2- - N） 氨（銨）態(tài)氮（TNH4 - N）5、 天然水中氮的轉(zhuǎn)化 氨化作用：含氮有機(jī)物在微生物作用下分解釋放氨態(tài)氮的過程即為氨化作用。氨化作用在好氣及厭氣條件下都可進(jìn)行，效率相差不多，但最終的產(chǎn)物又所不同 同化作用：水生植物通過吸收利用天然水中的NH4+（NH3）、NO2-、NO3-等合成自身的物質(zhì)，這一過程稱為同化作用。 硝化作用：在通氣良好的天然水中，經(jīng)硝化細(xì)菌的作用，氨可進(jìn)一步被氧化為NO3-，這一過程稱為硝化。 脫氮作用：脫氮作用是在微生物的作用下，硝酸鹽或亞硝酸鹽被還原為N2O或N2的過程。6、 天然水中磷的存在形態(tài)： 溶解態(tài)無機(jī)磷：無機(jī)正磷酸鹽

16、、無機(jī)縮聚磷酸鹽 溶解態(tài)有機(jī)磷 顆粒磷7、 參與天然水中磷循環(huán)的各種因素 生物有機(jī)殘?bào)w的分解礦化 沉積物的釋放 水生生物的分泌與排泄 水生植物的吸收利用 若干非生物學(xué)過程第九章 水中的有機(jī)物1、有機(jī)物的分類： 按其在水中的分散度的大小可分為顆粒狀有機(jī)物和溶解性有機(jī)物（包括碳水化合物、含氮有機(jī)化合物、類脂化合物、維生素、其他簡單有機(jī)化合物以及腐殖質(zhì)）；按對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響和污染危害方式，可分為耗氧有機(jī)物與有毒有機(jī)物；按結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和產(chǎn)生方式分為腐殖質(zhì)類和非腐殖質(zhì)類有機(jī)物。2、耗氧有機(jī)物的種類： 碳水化合物：一大類含C、H、O的化合物脂肪類物質(zhì)：由脂肪酸和甘油脫水縮合生產(chǎn)的脂類化合物 蛋白質(zhì)類物質(zhì)：是由C、H、O、N組成的復(fù)雜物3、耗氧有機(jī)物的來源： 內(nèi)源：內(nèi)源是指水體中水生植物和藻類光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物 外源：外源有機(jī)物包括來源于水體之外，以各種途徑和方式進(jìn)入水體的所有有機(jī)物。外源既有人為源又有天然源。4、 腐殖質(zhì)的分類：胡敏酸（或稱腐殖酸）、富里酸（或稱富啡酸）、胡敏素（或稱腐黑物）5、 腐殖質(zhì)對(duì)水體的影響： 緩沖作用 染色作用 絮凝作用 氧化還原作用6、 持久性污染物：一般可將半衰期在3-6個(gè)月以上的污染物稱為持久性污染物。7、 水中持久性有機(jī)污染物的來源： 農(nóng)藥 多氯聯(lián)苯（PCBs） 多環(huán)芳烴（PAHs） 鹵代烴類 酚類 苯胺