林文輝:讀懂pH,是池塘水質管理的基礎。你真的讀懂了嗎?

林文輝：讀懂pH，是池塘水質管理的基礎。你真的讀懂了嗎？

出處：林文輝老師QQ空間 作者：林文輝 水產養殖網 2017-01-10 16:15:00

pH的管理（1）

pH是水體中氫離子濃度的負對數（pH=-log［H+］）。pH每上升或降低1個單位，氫離子濃度相差10倍。

影響水體pH的因素包括水體屬性自身的pH（我們稱之為pH原點，由水體中陰陽離子當量平衡狀態所決定），以及水體中二氧化碳消長平衡（生物呼吸產生二氧化碳，pH下降，藻類或植物光合作用消耗二氧化碳，pH上升）。還有其它一些因素也會引起pH變化，如銨離子會引起pH上升，而銨轉化為硝酸後會引起pH下降，硝酸脫氮會引起pH上升。當然，生物的呼吸作用和光合作用對pH的影響是最大的。我們日常在池塘水體檢測到的pH值是一個表觀綜合數值。

池塘中日常pH的管理（調控）包括兩個層次或內容：一個是pH調節，另一個是pH控制。pH調節是指對水體屬性的矯正，即對pH原點的調整；pH控制是對pH變化的幅度、漂移方向的控制，本質上是通過對生物活性（光合作用和呼吸作用）的調節來控制二氧化碳的消長，從而幹預pH的走向。

水體中pH的緩衝體系是碳酸體系。因此，必須了解碳酸體系，才能實現對pH的科學調控。

封閉條件下，給定溶解無機碳（DIC）的濃度，隨著pH的變化，水體中的二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根之間的比例發生相應的變化（圖1）。這是大家所熟悉的。

圖1&nbsp封閉條件下平衡時溶解無機碳（二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根）與pH的關係。

但是，池塘是「半開放」的體系，之所以說是半開放，是因為水體中的二氧化碳與大氣中的二氧化碳之間存在著交換，但又很難短時間內達到平衡狀態。

很多人沒有真正理解圖1，總以為當pH高於8.3時，水體中「沒有二氧化碳」，其實，在開放體系下，與大氣平衡時，水體中二氧化碳的濃度是不隨pH的變化而變化的（圖2）。在給定溫度、鹽度的情況下，二氧化碳的濃度只與大氣二氧化碳濃度（pCO2）和二氧化碳溶解常數（k0）有關（［CO2］=pCO2Xk0）。


圖2開放條件下平衡時溶解無機碳（二氧化碳、碳酸氫根、碳酸根）與pH的關係。

從是圖2可以看出，水體中溶解的無機碳隨著pH的上升而上升。

從圖2可以看出，pH7.5以下水體中的溶解的無機碳含量很低，根本滿足不了光合作用的需要，而當pH高於8.5時，碳酸根含量開始上升，可能又對養殖動物有不良影響（圖2的鹽度是千份之一，鹽度不同碳酸根拐點不同）。這就解釋了一般池塘水質pH為什麼要在7.5～8.5之間。
pH的管理（2）

要管理好pH，首先要明白pH為什麼變化？變化規律是什麼？所以，必須了解一下相關的理論和相關的術語：

總鹼度（TA）、碳酸氫根（HCO3）、碳酸根（CO3）、羥離子（OH）、氫離子（H），且

［TA］=［HCO3］+&nbsp2［CO3］+［OH］-［H］……（1）

單位：摩爾/升，方括號表示濃度，下同。

二氧化碳（CO2）、碳酸離解常數（k1），碳酸氫根離解常數（k2）且

［HCO3］=［CO2］k1/［H］……（2）

［CO3］=［HCO3］k2/［H］=［CO2］k1k2/［H］^2……（3）

水的電離常數（kW），大氣二氧化碳濃度（pCO2），二氧化碳溶解常數（k0），且

［OH］=&nbspkW/［H］……（4）

［CO2］=&nbspk0pCO2……（5）

將方程（2）、（3）、（4）代入方程（1）得：

［TA］=［CO2］（［H］k1+2k1k2）/［H］^2&nbsp+&nbspkW/［H］-［H］

整理得：

［H］^3&nbsp+［TA］［H］^2&nbsp-（［CO2］k1&nbsp+&nbspkW）［H］-&nbsp2［CO2］k1k2&nbsp=&nbsp0&nbsp……（6）

解出上述一元三次方程中［H］，pH=-log［H］。

在方程6中可以見到，［H］的濃度變化是隨著［CO2］而變化的。白天浮遊植物光合作用吸收水體中的二氧化碳的速度大於水體中各種生物呼吸產生的二氧化碳，造成水體的二氧化碳的濃度降低，為了維持方程兩邊的平衡，［H］濃度相應降低，pH上升。夜間或陰天光合作用停止或下降，呼吸作用產生二氧化碳的速度大於二氧化碳的消耗，造成水體中二氧化碳的濃度上升，為了維持方程兩邊的平衡，［H］濃度相應增加，pH下降。這就是池塘水體pH&nbsp24小時的變化模式。

其次，單位二氧化碳變化所引起的pH變化幅度取決於總鹼度的濃度，總鹼度越高，pH變化幅度越小。也就是說，總鹼度對pH有比較強的緩衝作用。

當水體中的二氧化碳濃度等於k0pCO2，即水體中的二氧化碳濃度與大氣二氧化碳濃度平衡時，水體的pH就是pH原點。即（方程5代入方程6）有

［H］^3&nbsp+［TA］［H］^2&nbsp-（k0pCO2k1&nbsp+&nbspkW）［H］-&nbsp2k0pCO2k1k2&nbsp=&nbsp0&nbsp……（7）

需要說明的是，方程中的所有參數，k0、k1、k2、kW都是鹽度和溫度的函數，也就是說，鹽度和溫度不同，上述參數的值都不同（可查表）。其次，很多論文上大氣二氧化碳平均濃度是按350ppm計算的，但由於近年來大氣二氧化碳濃度上升，根據網絡資料，目前全球大氣二氧化碳的平均濃度是400&nbspppm。

pH的管理（3）

pH的調節。

pH的調節本質上是四大陽離子和四大陰離子當量平衡度的調節。換句話說，pH的調節是通過八大離子之間比例的調節來實現的。

因此，pH的調節必然牽涉到鹼度和硬度，特別是鈣硬度。例如，A區和D區是鹼度、硬度、pH同時調節的；B區是鹼度、pH同時調節，可對硬度進行微調；C區只調節硬度，也可微調鹼度；F區是提高pH、提高鹼度的同時降低硬度，而G區是降低pH、提高硬度的同時降低鹼度。不同屬性的水質調節各不相同。

很多養殖朋友都會問，到底我的池塘水鹼度、鈣硬度、pH該怎麼調節？用什麼物質調節？用量多少？能調節到什麼程度，哪個點是最佳的？

由於不同池塘水體的水質屬性不同，調節的手段、劑量、所能達到的水平以及最佳點都不一樣，因此，很難回答，甚至可以說無法回答上面的問題。

那池塘水質是不是意味著沒辦法精確調節了？那也不是。池塘水質是可以精確調節的，只是需要知道池塘水質屬性才能精確調節。就像給人調理身體一樣，要先把脈診斷，才能正確地開出有效的處方！如果一個人沒幫你把脈，就給你開藥方，能對症下藥嗎？閉著眼睛隨便給你開的藥你敢服用嗎？

池塘水質是可以精確調節的，只是需要數據，計算也十分複雜，需要有一定水平的化學、生物化學和數學知識。

水質調節中牽涉到的術語除了前面講過的&nbspTA、HCO3、CO3、CO2、H、OH、k0、k1、k2、kW、pCO2外，還有鈣離子（Ca）碳酸鈣飽和常數，或稱碳酸鈣溶度積（kSPCaCO3），同樣，碳酸鈣飽和常數也是溫度和鹽度的函數（從接近純淡水到標準海水相差接近100倍！）。

水質調節或pH調節的目標是將水體八大離子中的碳酸根和鈣離子調節到碳酸鈣飽和的臨界狀態，並使pH落在養殖動物適應的範圍內。

因此，水質調節精確的化學計量基本方程包括：

［Ca］［CO3］=&nbspkSPCaCO3&nbsp……（8）

根據［TA］=［HCO3］+&nbsp2［CO3］+&nbspkW/［H］-［H］

可得：

［TA］=［CO3］（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）+&nbspkW/［H］-［H］

即

［CO3］=（［TA］-&nbspkW/［H］+［H］）/（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）……（9）

以及達到碳酸鈣飽和臨界點所帶來的pH原點變化，

［TA］=&nbspk0pCO2（k1［H］+&nbsp2k1k2）/［H］^2&nbsp+&nbspkW/［H］+［H］……（10）

將方程9代入方程8，有

［Ca］（［TA］-&nbspkW/［H］+［H］）/（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）=&nbspkSPCaCO3&nbsp……（11）

聯立方程10和方程11，就可以解決各種不同水質屬性的調節方法和精確的化學計量。

pH的管理（4）

A區和D區的pH優化和調節。

A區和D區鈣硬度和鹼度比較接近，對於A區而言，如果碳酸鈣還沒達到飽和，可以用石灰（氧化鈣，CaO）優化。對於D區而言，需要用比較大量的石灰調節，才能將D區調節到A區，計算方法是相同的。

將&nbsp1&nbsp摩爾石灰施到池塘水裡，水合後形成&nbsp1&nbsp氫氧化鈣［Ca（OH）2］，水解產生&nbsp1&nbsp摩爾鈣離子（Ca）和&nbsp2&nbsp摩爾羥離子（OH）

CaO&nbsp+&nbspH2O&nbsp—>&nbspCa&nbsp+&nbsp2OH

羥離子吸收二氧化碳產生碳酸氫根（HCO3）和碳酸根（CO3），水體總鹼度（TA）增加&nbsp2&nbsp摩爾。

假設池塘中施入&nbspx&nbsp摩爾的石灰，水中碳酸鈣可以達到沉澱臨界點。根據方程（10）和（11）有：

［TA］+&nbsp2x&nbsp=&nbspk0pCO2（k1［H］+&nbsp2k1k2）/［H］^2&nbsp+&nbspkW/［H］+［H］……（10a）

（［Ca］+&nbspx&nbsp）（［TA］+&nbsp2x&nbsp-&nbspkW/［H］+［H］）/（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）=&nbspkSPCaCO3&nbsp……（11a）

重排方程（10a），得x的代數式，代入方程（11a），解出［H］的值，該值的負對數（-log［H］）就是調節後的pH原點。將［H］的值代入方程（10a），解出石灰的用量x。

將該水體調節到碳酸鈣飽和臨界點所需要的石灰的量是=56x（克/升）。其中56是石灰的分子量。

導致D區鹼度和鈣硬度偏低的原因有可能是池塘土壤缺鈣，當水體中鈣濃度提高後，會與土壤進行離子交換，導致水體鈣的流失。因此，需要進行多次調節。

此外，對於D區而言，可能需要大劑量的石灰，如果池塘已經在進行養殖，石灰的使用必須根據水體中氨氮的濃度掌握科學的劑量，避免由於pH變化過大或分子氨過高而造成對魚蝦的傷害或甚至死亡。

如果水體硬度都是鈣硬度，這樣會影響鹼度的提升。或許，我們不需要這麼高的鈣硬度，我們可以用部分鎂硬度來取代鈣硬度，適當降低鈣硬度可以進一步提高總鹼度以便提高光合作用效率。那麼，我們可以鎖定鈣硬度去計算總鹼度。

假設我們設定鈣濃度為［Ca］+&nbspa，（a<x）。y為鎂濃度，則總鹼度提高2（a+y），代入上述兩個方程，求出y的值。如果a>y，則需要投入184.3y（克/升）的碳酸鈣鎂（白雲石粉）和56（a&nbsp-&nbspy）（克/升）石灰。如果y>a，則需要投入184.3a（克/升）白雲石粉和86.3（y&nbsp-&nbspa）（克/升）碳酸鎂。

pH的管理（5）

B區的pH調節。

B區鈣硬度還合適，但鹼度比較低。因此，這種水體的pH一般也偏低。如果用石灰（氧化鈣，CaO）來提高pH，往往造成鈣離子含量過高而引起碳酸鈣沉澱，從而限制了鹼度的提高。因此，這種水體用石灰調節pH往往容易出現返酸現象。也就是無效。

根據陰陽離子平衡原則，陽離子鈣已經滿足，陰離子缺乏碳酸根和碳酸氫根。因此，可根據需要補充碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉。

例如，將&nbsp1&nbsp摩爾碳酸鈉施到池塘水裡，水解後產生&nbsp2&nbsp摩爾鈉離子（Na）和&nbsp2&nbsp摩爾鹼度（碳酸根、碳酸氫根和羥離子）。

假設池塘中加入&nbspx&nbsp摩爾的碳酸鈉，水中碳酸鈣可以達到沉澱臨界點。根據方程（10）和（11）有：

［TA］+&nbsp2x&nbsp=&nbspk0pCO2（k1［H］+&nbsp2k1k2）/［H］^2&nbsp+&nbspkW/［H］+［H］……（10a）

（［Ca］）（［TA］+&nbsp2x&nbsp-&nbspkW/［H］+［H］）/（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）=&nbspkSPCaCO3&nbsp……（11b）

重排方程（10a），得x的代數式，代入方程（11b），解出［H］的值，該值取負對數就是調節後的pH原點。將［H］的值代入方程（11b），解出x。

如果使用碳酸鎂，用量為84.3x（克/升）；如果使用碳酸鉀，用量為138.2x（克/升）；如果使用碳酸氫鉀，用量為200.2x（克/升）；如果使用碳酸鈉，用量為106x（克升）；如果使用碳酸氫鈉，用量為186x（克/升）。

也可以根據具體離子組成的要求，如根據鎂鈣比和鈉鉀比的需求，將x分成幾份，分別加入不同的礦物鹽，以調整合理的鎂鈣比和鈉鉀比。

pH的管理（6）

C區的pH調節。

C區鹼度還合適，但鈣硬度比較低。由於pH與鹼度相關，因此，這種水體的pH一般也合適。調節的不是pH，而是鈣硬度。一方面滿足動物（如對蝦）的生理需要，另一方面以提高水體對pH的緩衝性能。

這種水體雖然缺鈣，但如果用石灰來提高鈣硬度，往往造成pH偏高，而pH偏高導致碳酸根大幅度增加，引起碳酸鈣沉澱，從而限制了鈣硬度的提高。因此，這種水體用石灰調節鈣硬度往往很難湊效，甚至容易出現相反的作用——脫鈣現象。也就是不但無效，反而起反作用。

根據陰陽離子平衡原則，陰離子碳酸根和碳酸氫根已經滿足，只是陽離子中缺乏鈣離子。因此，應該補充硫酸鈣或氯化鈣。即只提高鈣硬度，不提高鹼度和pH。

例如，將&nbsp1&nbsp摩爾氯化鈣施到池塘水裡，水解後產生&nbsp2&nbsp摩爾氯離子（Cl）和&nbsp1&nbsp摩爾鈣離子（Ca）。由於氯化鈣或硫酸鈣不改變鹼度，也基本不影響pH，只是提高了鈣硬度，所以計算起來比較簡單。

假設池塘中加入&nbspx&nbsp摩爾的氯化鈣，水中碳酸鈣可以達到沉澱臨界點。根據方程（11）有：

（［Ca］+&nbspx）（［TA］-&nbspkW/［H］+［H］）/（［H］/k2&nbsp+&nbsp2）=&nbspkSPCaCO3&nbsp……（11c）

方程（11c）未知數只有x，是一個最簡單的一元一次方程。小學生都可以計算出x。

如果使用氯化鈣，用量為111x（克/升）；如果使用硫酸鈣，用量為136x（克/升）。氯化鈣或硫酸鈣的使用劑量均按無水礦物鹽計算。

也可以根據具體離子組成的要求，如根據氯硫比的需求，將x分成合適的比例，分別加入氯化鈣和硫酸鈣。

pH的管理（7）

F區pH的調節。

自然界的江河湖海中很少出現F區的這樣的極端水質。一般是受酸性硫酸鹽土壤的影響或礦山酸性汙水的汙染造成的。例如，酸性硫酸鹽土壤由於開挖池塘而暴露於空氣中，土壤中的硫化物（如硫化鐵）被氧化而產生大量的硫酸。新池塘水體的pH可能低至4以下。即使大量使用石灰處理也無法提高pH。這是因為使用石灰後水體中的硫酸被石灰中和形成硫酸鈣，高濃度的鈣離子限制了碳酸的濃度，使鹼度和pH無法進一步提高。

要提高鹼度，就得降低鈣濃度，例如用鈉離子處理，每減少&nbsp1&nbsp個鈣離子，就必須補充&nbsp2&nbsp個鈉離子，其次，要提高pH，還得降低氫離子濃度，每減少&nbsp1&nbsp個氫離子，必須補充&nbsp1&nbsp個鈉離子，同時，每增加&nbsp1&nbsp當量的總鹼度，也必須增加&nbsp1&nbsp當量的鈉離子。所以，鹼的用量會很大。

1、檢測鹽度、溫度、總鹼度（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&nbsp+&nbspkW/［H1］-［H1］……（12）

計算該pH原點條件下游離鈣離子（Ca1）濃度：

［Ca1］=&nbspkSPCaCO3（［H1］/k2&nbsp+&nbsp2）/（［TA1］-&nbspkW/［H1］+［H1］）……（13）

計算游離鈣係數：

r&nbsp=&nbsp［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原點時的總鹼度［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（假設游離鈣係數&nbspr&nbsp不變）：

［TCa2］=［Ca2］/r。

所需要的鈉離子當量為

x&nbsp=&nbsp2（［TCa1］-［TCa2］）+［TA2］-［TA1］。

具體用量為：

氫氧化鈉為40.01x（克/升），或氫氧化鉀為56.1x（克/升），或氫氧化鎂為29.16x（克/升），或碳酸鈉為53x（克/升），或碳酸鉀為69.16x（克/升），或碳酸鎂為42x（克/升）。

可根據離子平衡需要按比例分別添加不同離子。

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。一般是受鹽鹼地土壤的影響或礦山鹼性汙水的汙染造成的。高鹼度的水體一般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&nbsp1&nbsp個鈣離子，就必須補充&nbsp2&nbsp個氯離子，其次，要降低pH，還得降低羥離子濃度，每減少&nbsp1&nbsp個羥離子，必須補充&nbsp1&nbsp個氯離子，同時，每減少&nbsp1&nbsp當量的總鹼度，也必須增加&nbsp1&nbsp當量的氯離子。由於鹼度對pH具有很強的緩衝能力，意味著要大量添加酸根才能降低一點pH。

總鹼度和鈣離子計算方法與F區相同。

1、檢測鹽度、溫度、總鹼度（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&nbsp+&nbspkW/［H1］-［H1］……（12）

計算該pH原點條件下游離鈣離子（Ca1）濃度：

［Ca1］=&nbspkSPCaCO3（［H1］/k2&nbsp+&nbsp2）/（［TA1］-&nbspkW/［H1］+［H1］）……（13）

計算游離鈣係數：

r&nbsp=&nbsp［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原點是的總鹼度［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（假設游離鈣係數&nbspr&nbsp不變）：

［TCa2］=［Ca2］/r。

3、需要補充的鈣為：

x1&nbsp=［TCa2］-&nbsp［TCa1］

純酸根用量為：

x2&nbsp=［TA1］-［TA2］

酸根離子總當量為：

x&nbsp=&nbsp2x1&nbsp+&nbspx2

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）；先用酸降低鹼度再補鈣，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區我們只要補鹼降鈣，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，因而水中的碳酸鹼度必然會提高。但G區補酸降鹼後，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。

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）進行幹預。

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，而是水合後按比例轉化成各種無機碳：

CO2&nbsp+&nbspH2O—>H2CO3—>H&nbsp+&nbspHCO3—>2H&nbsp+&nbspCO3

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&nbsp+&nbspCO3&nbsp+&nbspH2O

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）和總鹼度（TA）以及pH（即氫離子濃度H）之間的關係。

［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&nbsp+［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）/（［H］k1）

則有

［HCO3］=［DIC］［H］k1/（［H］^2&nbsp+［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）……（14）

用碳酸根表示：

［DIC］=［CO3］（［H］^2&nbsp+&nbsp［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）/（k1k2）

則有

［CO3］=［DIC］k1k2/（［H］^2&nbsp+&nbsp［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）……（15）

將方程（14）和（15）代入

［TA］=［HCO3］+&nbsp2［CO3］+&nbspkW/［H］-［H］

即可得總鹼度與溶解無機碳和氫離子（即pH）之間的關係：

［TA］=［DIC］（［H］k1&nbsp+&nbsp2k1k2）/（［H］^2&nbsp+［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）+&nbspkW/［H］-&nbsp［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。當呼吸作用大於光合作用時（夜間），DIC增加，當光合作用大於呼吸作用時（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。

pH的管理（10）

pH的控制

鈣的緩衝作用。

碳酸鈣的溶解度很小，因此，在適應於水產養殖的pH範圍內，八大離子中只有碳酸鈣會隨著pH的變化而發生沉澱與溶解。

Ca（HCO3）2&nbsp<—>&nbspCO2&nbsp+&nbspH2O&nbsp+&nbspCaCO3

當［Ca］［CO3］>&nbspkSPCaCO3時，碳酸鈣發生沉澱。一摩爾碳酸鈣的沉澱導致導致一摩爾鈣離子和兩摩爾鹼度的流失。

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的減少無碳酸鈣沉澱，總鹼度、總硬度不變；第二種是DIC的減少伴隨著碳酸鈣沉澱，總鹼度、總硬度同時等量降低。

前者pH變化比較激烈，後者pH變化比較溫和，這就是碳酸鈣的緩衝作用。

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的淨變化速度（n，摩爾/升）為：

n&nbsp=&nbspy&nbsp-&nbspx/d&nbsp……（17）

當n>0時，呼吸作用大於光合作用，DIC上升；當n<0時，光合作用大於呼吸作用，DIC減少。

假設水體中［Ca］［CO3］=&nbspQ（稱為離子積），當Q<=kSPCaCO3時，沒有碳酸鈣沉澱，當Q>kSPCaCO3時，發生碳酸鈣沉澱，且DIC每減少&nbspn摩爾/升，伴隨著&nbspm&nbsp摩爾/升的碳酸鈣沉澱。因此，方程（16）可描述為：

［TA］-&nbsp2m&nbsp=（［DIC］+&nbspn&nbsp-&nbspm）（［H］k1&nbsp+&nbsp2k1k2）/（［H］^2&nbsp+&nbsp［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）+&nbspkW/［H］-&nbsp［H］……（18）

當Q<=kSPCaCO3時，m=0（回歸方程16）；當Q>kRPCaCO3時，m>0。

m與n的關係：

kSPCaCO3&nbsp=&nbsp（［Ca］-&nbspm）（［DIC］+&nbspn&nbsp-&nbspm）k1k2/（［H］^2&nbsp+［H］k1&nbsp+&nbspk1k2）……（19）

對於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，可以通過提高鹼度（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範圍內。

pH的管理（11）

養殖前期培水期間pH持續上升以至於不適合於放苗的情況是很常見的。但這種現象的背後，有多種原因。最常見的是藻類生長過快引起的；第二種是鹼度不足引起的；第三種是水體太淺引起的；第四種水源屬性引起的；第五種是池塘土壤引起的。

第一種情況。

大多數池塘養殖回水後培水前都會進行消毒處理，此時水中微生物大部分被殺滅，活性很低。培水的肥料中主要成分是藻類的營養素，因此，藻類長得快而微生物長得慢，二氧化碳的消耗遠大於二氧化碳的補充，所以pH不斷升高。

一般情況下，培水前期pH上升的幅度大的情況發生概率地膜池和水泥池要比土池嚴重得多。這是由於池塘土壤乾燥期間土壤間隙中含有氧氣，回水后土壤中好氧細菌分解土壤有機物，產生二氧化碳，二氧化碳分解土壤中的碳酸鈣，形成鹼度擴散到水中，因此具有一定的緩衝作用。

對於地膜池和水泥池，早期培水要適當增加有機物質含量，以維持一定的微生物呼吸作用，或適當控制氮或磷，使藻類光合作用產物不能全部用於生長繁殖，迫使藻類將部分光合作用的產物以分泌物的形式釋放到水環境中，促進水體中的微生物生長。

養殖戶不要追求「快速培藻」的肥料，培藻速度越快，不僅pH向上漂移（持續升高）的問題就會越嚴重，也容易倒藻和產生藻毒素。理智的選擇應該是緩釋肥料，使藻類略為緩慢，但穩定生長，同時使原生動物和浮遊動物能同時跟上，才能建立穩定的生態系統。

第二種情況。

鹼度偏低的水體（D區），水體缺乏碳酸緩衝能力。這種水體藻類生長並不快，與第一種情況相比，藻類密度要低得多。

這種池塘肥水前需要調節鹼度，提高水體得的緩衝能力。如果已經放苗，此時如果要使用石灰處理，必須在凌晨和早上。另外，由於藻類生長不是很快，水體中可能還有氨氮，因此石灰一次的用量不能太高。

第三種情況。

有一種觀點認為，前期水淺有利於水溫的回升，因而可以提高對蝦的生長速度。但是，也應該明白，水淺不僅pH變化大，晝夜溫差也大，溶解氧也可能嚴重過飽和而導致氣泡病。也就是說，對於抵抗環境變化能力還比較差的幼苗來說，水太淺死得也快。

兩害相權取其輕。水的深度首先必須考慮蝦苗的生存，其次再考慮生長。如果連成活都成問題，考慮生長速度就沒有任何意義。

第四種情況。

有些池塘是用地下水灌注的，這種地下水的屬性本身的pH比較高，但由於受到有機物質的汙染而含有大量的二氧化碳，導致二氧化碳過飽和（［CO2］>>pCO2k0）。剛抽上來的井水pH並不高，但當這些井水的二氧化碳擴散到與大氣平衡之後，pH就會上升。

這種上升幅度可能超過&nbsp1&nbsp個pH單位。如果剛抽上來的水體pH偏「低」，養殖戶再使用石灰處理，有可能「雪上加霜」。

第五種情況。

有些池塘底部土壤是鹽鹼土壤，經過幾年養殖漂洗，pH已經正常。當池塘在幹塘修復，重新推塘時挖得太深，把表面已經漂洗的土壤挖掉，造成鹽鹼土壤裸露。當池塘回水後，土壤中鈉的交換導致水體pH上升。

這種交換也導致水體中鈣離子被大量消耗，有可能導致水體嚴重缺鈣。

一種現象，往往有多種原因。因此，要正確診斷，搞清楚問題所在，才能有效預防與處理。

pH的管理（12）

經常碰到一種現象，計算出來的pH原點只有不到8.3，白天水體的pH可高達10以上，溶解氧甚至超過24mg/l，雖然藻類比較濃，但夜間呼吸量並不大，早晨的溶解氧還保持幾乎200%過飽和，pH也還在9以上。

按傳統說法，藻類白天光合作用產氧，夜間呼吸作用耗氧。藻類濃會造成清晨溶解氧不足。如果溶解氧被消耗，必然產生相應的二氧化碳，pH應該降到原點以下。

很明顯，高pH的情況下，呼吸受到抑制（鹼中毒）！

按道理，不同生物鹼中毒的條件是不同的。按照研究鹽鹼地的華東水產研究所有關研究人員的說法，引起鹼中毒的條件不是總鹼度的高低，而是［CO3］/［HCO3］的比值。

根據他們的研究，［CO3］/［HCO3］>&nbsp0.5&nbsp就會引起鹼中毒。根據碳酸氫根離解方程：

k2&nbsp=［CO3］［H］/［HCO3］，有：

［CO3］/［HCO3］=&nbspk2/［H］>&nbsp0.5

即［H］<&nbsp2k2&nbsp或pH&nbsp>（pk2&nbsp-&nbsp0.301）即可引起鹼中毒。

上網查查有關鹼中毒的相關知識。經常可以看到《低血鉀合併鹼中毒》這樣的話題：

《低血鉀合併鹼中毒的機理有：

1、血清K下降時，腎小管上皮細胞排K相應減少而排H增加，氫-鈉交換增加，因而換回Na、HCO3增加，從而引起鹼中毒。此時的代謝性鹼中毒，不像一般鹼中毒時排鹼性尿，它卻排酸性尿，稱為反常酸性尿。

2、血清鉀下降時，由於離子交換，K移至細胞外以補充細胞外液的K，而H則進入細胞內，使細胞外HCO3增加，導致代謝性鹼中毒。》（摘自網絡）

很明顯，無論鹼度高低，高pH就會引起鹼中毒。當然，高鹼度，往往伴隨著高pH，所以高鹼度更容易引起鹼中毒。另外，低鉀也會引起鹼中毒。如果高鹼度、高pH又伴隨著低鉀，無異於雪上加霜。

因此，在現實的生產中，一方面，必須採取措施將pH降低到（pk2&nbsp-&nbsp0.301）以下才能解除水體的呼吸抑制，否則想通過補充碳源促進微生物呼吸降低pH是徒勞的。另一方面，一般高鹼度、高pH的水體大多數都是碳酸氫鈉型，鈉離子濃度偏高，容易引起鈉/鉀比例失調。根據上述說法，補鉀應該可以緩解養殖動物甚至微生物的鹼中毒。

pH的管理（13）


養殖周期內日均pH的一般變化規律。

池塘pH除了晝夜周期性變化外，從回水的那一天開始，整個養殖周期中，日平均pH也有一個大的周期性變化。要了解這個大的周期性變化，必須了解池塘二氧化碳的消長規律。

池塘中產生的二氧化碳主要來自：外源飼料輸入量（養殖動物和微生物）以及內源浮遊生物對藻類的消費量和藻類光合作用產物的分泌量（胞外分泌物）。二氧化碳的消費幾乎完全是光合作用。

在整個養殖過程中，除前期的培藻期間外，光合作用可以認為是相對穩定的，而飼料的投入量是持續增加的。因此，池塘pH的變化也呈現先升後降的趨勢。

池塘回水後，由於消毒殺菌，微生物、原生動物很少，而施肥後在藻類大量繁殖起來之前，水體的pH接近其原點。

隨著施肥後藻類生長很快，新生長的藻類95%以上的光合作用產物都用於自我繁殖，因此，二氧化碳的消費遠遠大於二氧化碳的產生，水體中二氧化碳嚴重缺乏，由於空氣中的二氧化碳濃度很低，靠空氣擴散難以平衡水體的缺失的二氧化碳，因此，這一階段pH快速上升，晝夜變化曲線向原點上方漂移。

當水體中原生動物、浮遊動物開始繁殖起來，部分藻類被消費，pH上升速度開始減慢。

當放入種苗、控水魚類（如花白鰱）浮遊動物被控制，藻類和濾食生物之間相對平衡，加上藻類經過一段時間的生長繁殖，水體營養素水平有所降低，藻類胞外分泌物有所增加，微生物密度相應增加，pH不再升高，這段期間是整個池塘水體pH最高的階段。

隨著養殖動物的生長，飼料投入量持續增加，水體中二氧化碳的產量也持續增加，因而pH緩慢回落。

在夏末初秋期間，飼料投入量最大，pH也最低。

隨著晚秋的到來，水溫降低，飼料投入量減少，但晚秋晴朗的光照強烈，pH再度回升。

也就是說，整個養殖周期內（指一年中整個可養殖周期）pH變化是先快升，緩升，最高，緩降，最低，再回升。這是pH變化的一般規律。
這期間的pH波動，可以認為是天氣、藻類活性以及藻類密度、浮遊動物密度、藻類胞外分泌物的波動引起的。

就對蝦養殖而言，前期pH的快速升高，也可能是EMS的原因之一。


pH的管理（14）

pH原點。

pH原點是指水體中二氧化碳濃度與大氣平衡時的pH值。是水體的自然屬性之一，它代表著水體中陽離子和陰離子當量的平衡度。了解pH原點才能對池塘pH變化是否正常做出判斷。

例如，早上池塘水體的pH應該低於原點，說明池塘中的生物呼吸作用能補償前一天藻類光合作用所消耗的二氧化碳。否則表明池塘微生物活性不足或微生物活性降低。下午池塘水體的pH應該高於原點，說明藻類活性正常，否則表明藻類老化，光合作用能力降低。

日常管理中，如果pH的晝夜變化圍繞著原點波動，即日均pH位於pH原點，說明藻菌處於平衡狀態；如果日均pH向原點上方移動，說明微生物活性降低，此時應該考慮提高微生物活性；如果日均pH向原點下方移動，說明藻類在老化，此時應該調節藻類活性。

也就是說，只有了解池塘的pH原點，才能根據早上和下午的實際檢測的pH做出判斷，並採取相應的處理措施。

所以，pH的管理有兩個方面，pH原點的調節和pH走向和幅度的控制。

原點的調節是通過離子的調節來實現的，前面已經說過（水的屬性調節本身包括了pH原點的調節）。原點偏低可通過補充陽離子來提高（根據水體的離子平衡補充鈣或鎂或鉀或鈉）；原點偏高可通過補充陰離子來降低，但只能補充硫酸根或鹽酸根，不能補充碳酸根或碳酸氫根，因為碳酸根和碳酸氫根是與大氣平衡的，不可能單獨提高。

pH的晝夜變化幅度。

引起池塘pH變化的根源是二氧化碳的消長，當水體中二氧化碳濃度增加時候，pH降低，當二氧化碳濃度減少時，pH上升。

pH早晚變化小有三種情況：1、水中很少或沒有生物，既不產生二氧化碳，也不消耗二氧化碳；2、呼吸作用所產生的二氧化碳等於光合作用所消耗的二氧化碳（多雲的天氣會出現這種狀況）；3、死水——藻類和微生物都沒有活性。

對於池塘養殖而言，第一種情況是瘦水，需要培水；第二種情況是健康狀態；第三種情況是池塘生態系統崩潰！

pH晝夜變化幅度大有兩個原因：1、鹼度偏低（在光合作用產量相同的情況下，鹼度越高，pH變化越小）；2、水深太淺（水的深度直接與pH變化幅度成反比）。因此，控制pH的晝夜變化幅度可通過提高鹼度和加大水深來實現。

pH的管理（15）

日均pH。

如果系統穩定，菌藻平衡，日均pH會是一條平滑的曲線。如果日均pH出現波動，說明系統的平衡出現了問題。

對於池塘養殖而言，如果池塘每天產生的汙染量（飼料中沒有轉化為動物肌體的部分）在池塘淨化能力的範圍內，每天產生的藻類的生物量，都能由濾食生物鏈（原生動物、浮遊動物、濾食性魚類）所消費，日均pH也會相對穩定。

但是，隨著飼料投入量的增加，每天產生氨氮的總量也在增加，當每天產生的汙染量大於池塘的自淨能力、或由於天氣原因引起池塘自淨能力降低時，水體中的生態平衡可能被打破，藻菌平衡就會失調。

其次，藻類在生長過程中持續不斷吸收水體中的微量元素，這些微量元素被藻類同化後，隨著食物鏈最終以有機碎屑和動物糞便的成分沉澱到池塘底部，導致水體中微量元素缺乏，進而導致藻類種群發生變化。

開始時，水體中的微量元素比較豐富，藻類種群結構的多樣性也高。隨著微量元素的減少，物競天擇的結果導致水體中的藻類種群結構趨於單一化。

優勢藻類的單一化加速微量元素的消耗，藻類的繁殖速度降低，意味著光合作用產物沒有完全用於生長，多餘的光合作用產物被藻類作為胞外分泌物分泌到水體中。據有關研究報導，藻類胞外分泌物佔光合作用產物的不足5%（初生藻類）到超過95%（老化藻類）。

藻類胞外分泌物的增加給微生物帶來新的營養素，促進微生物密度的增加，微生物的增加反過來競爭微量元素，又導致藻類胞外分泌物的增加！微生物密度進一步增加。

這個過程將導致日均pH明顯的降低。

接下來就是倒藻！倒藻釋放硝酸還原酶，如果池塘中存在著硝酸，會在一夜之間產生大量的亞硝酸！

從藻類胞外分泌物增加，微生物密度增加，日均pH劇降，到倒藻，亞硝酸升高的過程中，日均pH降低是一個重要警示指標。

如果在發現日均pH降低，微生物密度增加的初期，通過攪動池塘底部，釋放微量元素，恢復藻類活性，就可以避免池塘生態系統惡化——倒藻和亞硝酸。
pH的管理（16）

日均pH異常。

持續陰天會導致日均pH降低。這是光合作用下降，二氧化碳消耗減少引起的。

消毒殺菌、殺蟲會導致日均pH上升。這是微生物、浮遊動物呼吸減少，二氧化碳產量下降引起的。

反過來，殺藻導致日均pH陡然降低。這是由於光合作用降低的同時，死亡的藻類釋放更多的有機物質，促進了微生物的生長，二氧化碳消耗降低而產生增加。

晴天降溫會導致日均pH上升。這是溫度降低，微生物活性下降引起的；相反，水溫回升，微生物活性提高，日均pH會有所下降。

雨後持續晴天日均pH會先上升後降低，這是前期藻類生長生長旺盛，後期藻類營養失衡，活性降低，胞外分泌物增加引起的。

換水過後也會發生類似的情形。一方面，換水補充微量元素，藻類活性增加，胞外分泌物減少；其次，換水導致有機物含量降低、微生物密度降低，呼吸作用下降，日均pH上升。隨著換水時間的延長，日均pH逐漸回落。

投餌過量，殘餌過多，微生物密度增加，也會導致日均pH降低。

藻類是池塘生態系統能量輸入來源，是驅動整個生態系統運轉的基本動力。池塘的載魚量越高，驅動池塘生態系統運行的能量需求也越高。因此，只有生產力高的池塘才能取得高產。

細菌（微生物）是池塘生態系統物質循環的還原者，是池塘生態系統可以持續穩定進行的關鍵因素。池塘中細菌的生物量取決於飼料投入量和藻類胞外分泌物的數量，對於中、低產池塘，藻類胞外分泌物可能提供了細菌的主要營養來源，或對池塘微生物密度起著主要的作用。

藻類和細菌的活性、密度構成了池塘生態系統的兩個最為關鍵的基礎。藻類和細菌既有相生作用，如藻類為細菌提供營養，細菌對有機物的礦化為藻類提供營養素；同時，藻類和細菌又有相剋作用，如藻類和細菌都需要某些微量元素，具有競爭關係。

由於藻類和細菌是二氧化碳消長的兩個方面，在水質參數上以pH變化的形式表現出來。因此，了解pH的變化規律，讀懂pH，才能對池塘生態系統健康狀態和演變走向洞察秋毫，及時做出判斷，科學而合理處理。讀懂了pH，自然就能對溶解氧、氨氮、亞硝酸等參數的走向做出預判。

所以，讀懂pH，是池塘水質管理的基礎。


文/&nbsp珠江水產研究所&nbsp林文輝&nbsp研究員

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