池塘里的那些事儿：pH值的管理（28、29、30）

简介：林文辉，中国水产科学研究院珠江水产研究所研究员，并担任社会经济发展咨询委员会顾问。主要研究、探索健康养殖的环境问题，大力推广健康养殖，得到了行业的广泛认可。曾参与国家兽医协会《水产执业兽医考试指南》编写，翻译美国奥本大学池塘环境经典专著《池塘养殖水质》和《池塘养殖底质》，奠定了我国池塘生态研究理论基础。

以下文章来自于林文辉的QQ空间连载文章：池塘里的那些事儿！已出版成书，内容很多，西南渔业网经少许调整后将分批转载分享！

（28）碱度和硬度

对于池塘养殖水质属性来说，碱度和硬度是最最关键的参数。遗憾的是，很多从事水产养殖的一线人员，对碱度和硬度的概念还一头雾水。

碱度的定义：

《碱度是表征水体吸收质子的能力的参数，通常用水中所含能与强酸定量作用的物质总量来标定。》

水中碱度的形成主要是由于重碳酸盐、碳酸盐及氢氧化物的存在，硼酸盐、磷酸盐和硅酸盐也会产生一些碱度。废水及其他复杂体系的水体中，还含有有机碱类、金属水解性盐类等，均为碱度组成部分。在这些情况下，碱度就成为一种水的综合性指标，代表能被强酸滴定物质的总和。

碱度一般用“Alk”或“A”表示。养殖水体中主要碱度成份为HCO3、CO3和OH。前二者称为碳酸盐碱度，后者称为羟基碱度。

化学方程式

各种碱度用标准酸滴定时可起下列反应：

OH + H = H2O

CO3 + H = HCO3

HCO3 + H = H2O + CO2

以上三种碱度的总和称为总碱度（TA）。

碱度的单位是：毫克当量/升；或毫克碳酸钙/升。

两者的关系是：1 毫克当量/升 = 50毫克碳酸钙/升。

硬度的定义：

《硬度最初是指水沉淀肥皂水化液的能力》。由于这种能力主要来自水中所含的钙、镁离子，所以，水的硬度一般指水中钙和镁的含量。

早期检测水体硬度是采用标准肥皂水去检测，得到的是包含钙和镁的“总硬度”，目前国际上硬度的检测则基本上是直接检测钙离子含量和镁离子含量，可分别表示为钙硬度和镁硬度或两者的总和——总硬度。

水的硬度的表示方法有多种：

德国度：每一度即相当于每升水中含有10毫克氧化钙；

法国度：每一度相当于每升水中含有10毫克碳酸钙；

英国度：每一度相当于每升水中含有14毫克碳酸钙；

1德国度=0.35663毫克当量数/升

1法国度=0.19982毫克当量数/升

1英国度=0.28483毫克当量数/升

我国的法定计量单位为毫克当量/升。水产养殖常用的计量单位为毫克碳酸钙/升。

钙的原子量为40，当量为2，所以，水中含钙离子40毫克/升以硬度表示相当于2毫克当量/升，或100毫克碳酸钙/升钙硬度。

镁的原子量为24.3，当量为2，所以，水中含镁离子24.3毫克/升以硬度表示相当于2毫克当量/升，或100毫克碳酸钙/升镁硬度。

例如，某水体中分别含有20毫克钙离子/升和15毫克镁离子/升，则可表示为（20/40）X 2 = 1 毫克当量/升或（20/40）X 100 = 50毫克碳酸钙/升的钙硬度，以及（15/24.3）X 2 = 1.234毫克当量/升或（15/24.3）X 100 = 60.73毫克碳酸钙/升的镁硬度。则水体的总硬度为2.234毫克当量/升或110.73毫克碳酸钙/升。

很多时候，为了简化书写，硬度的计量单位则只是标示为毫克/升。所以，看资料、论文或化验人员撰写报告时要特别细心分清楚“钙浓度”和“钙硬度”。虽然单位很多时候都是用“毫克/升”表示，前者表示的是“钙离子”，后者表示的是“碳酸钙”。

钙和镁含量有四种表示法：原子数（毫摩尔/升）、电荷数（毫克当量/升）、重量（毫克/升）以及硬度（毫克碳酸钙/升）。

1 毫摩尔/升钙 = 2毫克当量/升钙 = 40毫克/升钙 = 100毫克/升钙硬度。

同样，1毫摩尔/升镁 = 2毫克当量/升镁 = 24.3毫克/升镁 = 100毫克/升镁硬度。

估计不少人会在这里晕倒！

在工业上，以碳酸钙浓度表示的硬度大致分为：

0~75毫克/升：极软水；

75~150毫克/升：软水；

150~300毫克/升：中硬水；

300~450毫克/升：硬水；

450~700毫克/升：高硬水；

700~1000毫克/升：超高硬水；

>1000毫克/升：特硬水。

（29）碱度和硬度的关系。

在自然界的岩石和矿物中，最容易风化的是碳酸岩中的碳酸钙（主要存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为动物骨骼或外壳的主要成分）和碳酸钙镁（白云石）：

虽然碳酸钙几乎不溶于水，但溶于酸。当雨水和地表水溶解了空气中的二氧化碳，并水合为碳酸，碳酸就会导致碳酸钙溶解：

CaCO3 + H2CO3 —> Ca + 2HCO3

以及

CaMg（CO3）2 + 2H2CO3 —> Ca + Mg + 4HCO3

同样，二氧化碳的水合产物——碳酸，也可以风化钾长石、钠长石等，以及其它矿物，逐步丰富水体中的八大离子含量。

一般情况下，普通地表水碱度和硬度相差不会太大。所以，有些报告会把碱度当硬度，或把硬度当碱度。因为它们的计量单位都用“毫克碳酸钙/升”来表示。

基于碳酸盐碱度的硬度分类：

1、碳酸盐硬度：硬度等于碳酸盐碱度的部分，可以认为都是碳酸盐硬度。当加热时，碳酸氢钙分解，形成碳酸钙沉淀，可以从水中除去。因此，碳酸盐硬度也称为暂时硬度。

2、非碳酸盐硬度：硬度大于碳酸盐碱度时，水中除了碳酸盐硬度外，还存在着硫酸盐或盐酸盐硬度。这部分硬度通过加热不能除掉。因此，非碳酸盐硬度也称为永久硬度。

3、负硬度：硬度小于碳酸盐碱度的部分，此时水体中的硬度都是碳酸盐硬度。大于硬度的那一部分碳酸盐碱度称为负硬度，即碳酸钾、碳酸钠或碳酸氢钾、碳酸氢钠。

碱度和硬度偏离的原因往往是与不良土壤或矿物接触的后果。如与盐碱地接触导致碱度升高、硬度降低；而与酸性硫酸盐土壤接触导致硬度升高、碱度降低。

（30）钙硬度、镁硬度与碱度的关系。

如果我们往没有碱度和硬度的蒸馏水里添加氧化钙（生石灰），碱度和硬度就会等量升高，pH也会升高，水体中的离子平衡为：

［H + 2［Ca］=［HCO3］+ 2［CO3］+［OH］

当钙浓度和碳酸根浓度的乘积达到碳酸钙沉淀点时：

［Ca］［CO3］= kSPCaCO3

水中的碱度和硬度达到最高。也就是说，对于低碱度和低硬度的水体，只用石灰来提高碱度和硬度时相当有限的。如果希望总碱度和总硬度同时进一步提高，就必须用镁硬度替代钙硬度。

因此，一般情况下，在水体碱度和硬度都比较低时，钙硬度往往高于镁硬度。当碱度和硬度达到碳酸钙沉淀点之后，碱度和硬度的提高主要是依靠镁硬度。

从水体pH的稳定性来说，虽然钙的作用比较强，但并不是越高越好，尤其是低盐度的水体。因为在低盐度的情况下，碳酸钙浓度积很小（kSPCaCO3 < 10^-9）。高浓度的钙限制了碱度的提高，影响光合作用效率，从而影响池塘生产力。

因此，钙只能保持一个满足养殖动物生理需要和合理的pH稳定所必须的水平，太高反而不好。对于南美白对虾来说，镁：钙的比值为3:1对生长最有利。在满足对虾对脱壳需要的前提下，提高镁硬度对南美白对虾生长有利。