水化学全套课件

溶解氧

第一节溶解氧的含量及其影响因素Section1ConcentrationofDOandItsAffectingFactors一、饱和含量、溶解速率和饱和度Saturatedconcentration,dissolvedvelocityandsaturation二、水中溶氧的来源SourcesofDOinWaters三、水中溶氧的消耗ConsumptionofDOinwaters四、决定水中溶氧实际含量的因素P、RPandR,whichdeterminetheactualcontentofDOinwaters一、饱和含量、溶解速率、饱和度Saturatedconcentration,dissolvedvelocityandsaturation1．溶解氧的饱和含量Saturatedconcentration：一定条件下，水中DO达饱和时的含量，称该条件下的饱和含量“一定条件”：氧气在空气中的分压；水的温度；水的含盐量([Cl-])（1）与氧气分压P分的关系T、[Cl-]

一定时，P分↗则CS（饱和浓度）↗P分大小与CS关系可用亨利定律表达，即：

CS=K·P分式中：K——气体的吸收常数（mL/(L·atm)）如:P空=1atm时，P分=0.21atm20℃，水中DO吸收系数31mL/(L·atm)CS

=31mL/(L·atm)×0.21atm=6.51mL/L（2）与水温T的关系当P分、[Cl-]一定时，随T↑CS↓（因

T↑，吸收系数K↓）（3）与Cl-的关系T、P分一定时，[Cl-]↗则CS↘其它条件相同时，DO：海水/硬水中<淡水/软水，一般为淡水、软水82%左右表3-1在不同温度、盐度下溶解氧的饱和含量其它条件一定时，Cs随温度、含盐量↑而↓表中数值是空气总压力1atm，氧分压0.21atm时的饱和含量，若空气总压或氧分压非此值，则应作压力校正，按亨利定律求其Cs2．影响溶解速率的因素——双膜理论（1）气—液界面两边存在气膜和液膜（2）气膜和液膜间气体交换速度较慢（3）气体与液体主体内，流体以湍流或紊流形式运动，扩散物质不存在浓度梯度（4）相间界面不存在物质扩散的阻力和浓度降。即Ci=K·Pi（1）气—液界面两边存在气膜和液膜气液两相都是流体，两相物质相对流动时，存在相互阻力，因而使两相边界部分形成薄层流体，薄层流体流动减缓而表现为层流或静止状态

（2）气膜和液膜间气体交换速度较慢在边界膜内，流体表现为层流或静止，所发生的气体传质只能进行分子扩散，扩散的分子与介质有较大相对运动，因而所遇到阻力也大，结果在很短距离就有较大浓度降（存在浓度梯度）（3）气体与液体主体内，流体以湍流或紊流形式运动，扩散物质不存在浓度梯度因这种条件下，气体传质主要靠介质对流卷带作用进行扩散，这时被扩散的物质总体运动虽大，但与周围介质阻力不大，故在紊流区浓度梯度很小或不存在浓度梯度（4）相间界面不存在物质扩散阻力和浓度降即Ci

=K·Pi3．饱和度用饱和程度表示水中溶解物质实际含量的单位之一饱和度=C/CS×100%式中：

C—实测浓度；CS—实测条件下的饱和浓度若是溶解气体，还要考虑压力变化，这时：饱和度=C/CS×P/760×100%式中：P—实际大气压空气中氧气的溶解二、水中溶氧的来源SourcesofDOinWaters植物光合作用增氧随水源补给

1．空气中氧气的溶解特点与不饱和度和风力有关只要未达饱和，溶解过程可持续不同水体，空气中氧气溶解差异很大(表3-2)鱼池内部这种增氧不主要。无增氧设备鱼池，占全部氧气来源7%-8%100%80%60%40%20%10%小池大湖缓流的河川大的河川急流的河川000000.31.01.31.93.10.61.92.73.86.20.92.94.05.89.31.23.85.47.612.41.54.86.79.615.5表3-2在自然条件下通过单位界面由空气增氧的数量(g/m2·d)2．植物光合作用（photosynthesis）（1）特点A.养殖水体（特别精养鱼池）DO主要来源，有明显周日变化和水层差——一般占总增氧量80%以上，多可达90%B.因受光照、浮游植物数量、水温等因素影响，增氧不稳定（2）植物光合作用增氧的测定及其表示方法测定水体中光合作用增氧（也是测定初级生产力的一种方法），通常采用挂黑白瓶法白瓶：一般是硬质玻璃透光瓶黑瓶：一般茶色瓶，外涂黑色油漆并包裹黑色胶布（不透光），容量100～150mL具体操作以白瓶和黑瓶同时取某一深度水样（将瓶封闭），悬于所取水样深度，并测定装水时水体中DO为C0一般经24h后，取出测定各瓶中白瓶中溶氧=C0+光合作用增氧—水呼吸耗氧黑瓶中溶氧=C0—水呼吸耗氧光合作用增氧=白瓶中溶氧—黑瓶中溶氧操作注意事项A．挂瓶分层：表层、1/2倍透明度、1倍透明度、2倍透明度、…B．挂瓶时间原则：须水呼吸耗氧<C0，但C0不能达饱和，更不能过饱和一般夏季白天9:00～10:00为宜3．随水源补给这部分增氧一般只占全部增氧3%-4%例：某水池原有水5000t，DO=5mg/L，后注入DO为10mg/L的水1000t并彻底混匀，则注水后DO的浓度为：（1000×10+5000×5）÷（1000+5000）=5.8mg/L

三、水中溶氧的消耗

ConsumptionofDOinwaters

1．物理作用消耗通常指水中溶氧到饱和时向空气的扩散光合作用产氧是池塘中溶氧最大补给者，特别晴天，池水上层溶氧有时可超200%以上——DO垂直分布不均，由于水的热阻力上层饱和氧无法及时输到下层，其中相当一部分氧气扩散到大气2．水呼吸respiration耗氧水中化学物质氧化及浮游动、植物和细菌等小型生物呼吸耗氧（1）化学物质的氧化oxidization某些无机还原性物质和低分子有机物的氧化耗氧天然和养殖水体内，纯化学耗氧意义不大常需某些微生物参加，所以化学物质氧化与细菌呼吸耗氧关系密切（2）浮游动、植物等小型生物耗氧——占池水中各耗氧因素比例最大a.生物个体越小，呼吸耗氧强度越大（单位时间内、单位体重呼吸耗氧量）耗氧率与个体大小的关系例：24℃鲤的呼吸强度为0.105g/kg.h.原生动物的为1.94g/kg.h.b.微生物增殖快、密度大（→生产量大）养殖水体中，浮游生物、细菌增殖速度和密度很大。例如，细菌在良好环境中每20~30min分裂一次因这些微小生物生产周期较短，且常为较高等动物吞食，故水体内不可能将其生产量积累，但在一定水体、一定时间内，究竟能生产多少可计算以浮游植物为例：据有关资料，以施肥为主、营养盐类充足的池塘，光合作用效率为合成有机碳1~1.9gC/m3.h取1.5gC/m3.h，一年取4~10月这7个月，每天正常光合作用7h，设面积为667m2，水深为1m计算7×30×7=1470h;1.5gC/m3.h×1470h=2205gC/m32205gC/m3×667m2×1m

=1470735gC据研究，每0.375gC≈5.3g浮游植物湿重则1470735gC≈20786kg浮游植物湿重可见：生物耗氧中，浮游生物、细菌等小型生物耗氧最大；各种耗氧中，水呼吸耗氧最大3.鱼类呼吸耗氧一般只占10%~15%，载鱼量大可达20%4.底质耗氧底质中无机还原性物质如H2S、NH3等及有机物在细菌作用下所消耗的氧气池塘具体情况不同，底质耗氧也不尽相同。目前，在计算有关鱼池耗氧中，底质耗氧常计61mgO2/(m2.h)，即1.46gO2/(m2.d)以上几种耗氧因子，所占比例各人计算不同例：池鱼呼吸耗氧20%，水呼吸耗氧71%，底质耗氧9%，其余可忽略不计四、决定水中溶氧实际含量的因素P、R

PandR,whichdeterminetheactualcontentofDOinwaters1.P、R的含义水中DO的来源与消耗是决定水中DO实际含量的一对矛盾，来源与消耗中，哪些矛盾是最主要的？来源：光合作用增氧消耗：小型生物、浮游动植物等呼吸耗氧P代表水中植物光合作用增氧总量，或表示一类光合自养生物的生长速度（Photosynthesis，光合作用）R代表水呼吸耗氧总量或表示水体中单纯依靠有机物和溶氧来生长繁殖的一类呼吸异养生物的生长速度（Respiration，呼吸作用）2.决定P、R相对大小的因素营养物质的类型（有机还是无机形式）光照条件例：刚给池塘施有机肥后，以有机物作营养的生物（细菌），有充足有机物作营养而大量繁殖，这一过程大量消耗氧气同时，由于水体中有机物的↑，水浑浊度↑，光照条件受限制，又由于细菌生长繁殖速度快，因此这时靠光照和无机盐来繁殖的自养生物（浮游植物）则受到严重限制这样表现为总的结果：细菌生物量大幅度↑，藻类和绿色植物生物量↓●刚施有机肥：有机物浓度高

细菌↗光照差，藻类生物量↘DO↘R>P（决定实际含量）鱼池施入有机肥之后，容易造成缺氧●经一段时间，有机物在细菌作用下分解矿化，浓度逐步↓，水中无机盐含量变得很高，水质也较清晰，光照条件较好，藻类和绿色植物生长繁殖有利，光合作用强烈，而异养生物则受营养条件限制，明显衰落。这时总结果是：有机物浓度↘

藻类↗无机物浓度↗，光照条件较好，细菌↘DO↗P>R

第二节溶解氧的分布变化规律

Section2DistributionandVariationofDissolvedOxygen溶氧的分布：同一时刻、同一水体不同水层、水区的溶氧差别溶氧的变化：同一水体、同一水层、水区在不同时刻溶氧差别

表层——DO高表层DO高，底层相对较低，中间水层有一急剧减少的变化，形成所谓跃变层，DO垂直↓1.垂直分布verticaldistribution①白天中层——跃变层DO↓底层——DO低日较差大的原因表层——P>>R光照强，浮游植物光合作用强，DO不断↑，在表层水中积累，浓度↑底层——R>P水温低，水体正分层，表层高浓度DO，只能靠分子扩散缓慢向底层迁移，且底层光照较弱中间“跃变层”——P≈R温度↓快，水的密度较上层迅速变化，水浮力↑，由表层落下的有机物（碎屑）达这一水层后沉降速度↓，使这层截留较多有机物，为细菌繁殖提供良好营养条件，耗氧量明显大于表层然而，“跃变层”与表层距离较近，表层高浓度DO可通过扩散得到一些补充，因此这一层不至于严重缺氧，但也不易达饱和浓度②夜晚特点：表层DO大幅↓，上下水层DO较均一a.

R>>P：光合作用停止，主要为呼吸耗氧b.

表水层受气温变化影响，密度变大，形成密度流，发生垂直流转，所以较均一c.

风力的影响：水陆散热程度不同，在水面形成风，促进水体上、下层循环流转，水体分层打破，氧趋向于分布均一③清晨特点：整个水体DO都低，经一夜R>>P耗氧作用，minDO出现2.DO的水平分布horizontaldistribution水平分布：是指同一时间、同一水层、不同水区的DO的变化造成水体DO水平分布不均的原因，可能有以下两点：①风的影响从图看出：当水体中DO垂直分布不均时，如受到风的吹动，则出现水平分布不均，下风处DO高，上风处DO低再如曾有测定早晨6：30上风处3.33mg/L下风处3.33mg/L下午18：30

上风处12.2mg/L下风处16.9mg/L上下风处DO水平分布不均，垂直分布不均是基本前提②池塘进出水处对于池塘设置网箱有一定的指导意义3.DO的日变化①表底层的共同特点a.晨→傍晚DO↑表层P>>R，DO↑↑底层P>R，DO↑

b.傍晚→夜间→晨表底层都是P=0，R>>P，晨DO出现极小值②不同点表水层：白天P>>R是由夜间的R>>P转化来，故溶氧表现为大幅↑，日差较大底层：虽是P

>R，但是由夜间R>>P转化来，又由于微弱的光合作用，及表层扩散少量溶氧到底层，所以溶氧有所↑，但增幅远不如表层大，溶氧日差较小③影响日较差的因素a.水质差异有机营养和无机营养都比较充足的水体，浮游植物和S细菌的增殖速度都很大，密度大，白天光合作用强烈，P很大，到晚上则R很大，故表现为日较差b.与光照和水温的关系如夏季与冬天比较夏季的日较差远大于冬季夏季光照强度大、时间长、温度高，白天积累的DO高，而晚上耗氧也强烈，故形成较大的日较差冬季光照强度小、时间短、温度低，白天积累的DO低，而晚上耗氧也较少，所以表现为日较差较小所以在同一个季节、不同池塘的DO通过日较差的比较，可以判断水质肥瘦4.溶氧极值出现的一般规律P70主要了解极小值出现的时间和地点第三节溶氧动态对水体生产的影响Section3EffectsofDynamicsofDOonProductionofWaterBody一、溶氧动态对水质的影响DynamicsofDOandItsEffectonwaterQuality二、溶氧过量与不足对鱼的影响

ImpactonfishesofexcessiveandinsufficientDO三、养殖生产对溶氧的要求

DOrequirementofaquaculture四、池鱼可能出现浮头或泛塘的判断一、溶氧动态对水质的影响

DynamicsofDOandItsEffectonwaterQuality1.决定水质及底质的氧化还原条件DO↗，Eh↗，则具有可变化合价的元素由低价态向高价态转化反之，DO↘，Eh↘，则具有可变化合价的元素由高低价态向低价态转化——在天然水体和养殖水体内氧电对通常是决定电位体系）

溶氧的变化必然改变水体内的氧化还原状态，进而改变物质的存在形式，对水生生物产生不同的影响养殖水体内，由于溶氧变化而导致化合价和形态发生改变，同时又是对水生生物影响较大的元素有:N、S、P、C、Fe等元素2.决定不同种类微生物microorganism的活动与分布DO充足：利于好气微生物活动，以氧作电子接受体对有机物进行氧化，氧化产物多为元素的高价态。如CO2、H2O、NO3-、SO42-、PO43-等。这些化学形式，都可作营养元素的有效形式，对水生生物无毒DO不足：利于嫌气微生物活动（这些微生物可以相应的CO2、NO3-、SO42-、PO43-作电子受体，最终生成CH4、NH3、H2S、PH3等——这些形式一般不能作营养元素的有效形式，且对水生生物有毒图3-5表明水体内微生物对有机物进行分解时所利用的电子受体出现先后顺序，由不同类型的还原产物的大量出现，可以判断水体的还原程度。（如H2S、CH4的出现）图3-6，出现Eh、pH范围有重叠现象以上介绍的1.2.两部分的内容，概括起来可以用图3-8来表示之3.溶氧动态与非保守成分含量的关系非保守成分：指水体中那些变化与溶氧动态和生物关系密切的水化学成分——O、C、N、P、Si、S等关系的提出：水体内进行的一系列生物化学反应中，最主要、最基本的分为两类有机合成——通过光合作用实现有机物分解——通过呼吸作用实现

这两种作用基本反映了水体中DO消长关系这两类作用除与DO间有相互依存关系外，与其它有关营养元素间也存在一定关系可以DO变化为基础，估算其它营养元素的变化其计量关系是：植物营养元素的浓度（μmol/L）=[A]+常数×AOUAOU（表观耗氧量）——溶氧饱和含量与现存量之差。当现存量小于饱和含量时，AOU为正值，反之为负值[A]——即AOU=0时，水中溶氧的现存量为饱和浓度时植物营养元素的浓度常数——几种营养元素与氧元素的相对比例也就是：植物通过光合作用进行有机物合成过程中，释放出一定量的氧气，必然按一定比例吸收有关的营养元素，而通过呼吸作用进行有机物的分解时，消耗一定量的氧气则必然按一定比例释放有关的营养元素，这样就可以通过光合作用和呼吸作用这一对反应来反映这些常数

106CO2+16NO3-+PO43-+122H2O+19H++(微量元素)光合作用C106H263O110N16P1+138O2呼吸作用从上式看出，光合作用每释放出138个O2要消耗1个P原子、16个N原子、106个C原子，因而：P/O2=1/138C/O2=106/138N/O2=16/138Si/CO2=23/138水体中某时刻的[A]可测定出来，而AOU也可测，只要将相应常数代进上式就可推测某时刻水体中上述几种营养元素的浓度水体中若呼吸作用耗氧占优，溶氧现存量则可能<其饱和浓度，则AOU为正值，R>P水体中光合作用产氧量占优，溶氧现存量可能高于其饱和浓度，则AOU为负值，R<P上述公式在实际应用中效果如何呢？参看图3-7二、溶氧过量与不足对鱼的影响

ImpactonfishesofexcessiveandinsufficientDO1.水中溶氧分压（浓度）与鱼类耗氧率的关系耗氧率：mgO2/g·hgO2/kg·h耗氧率的大小，可以直接反应鱼类新陈代谢水平的高低，所以这个参数很重要影响鱼类耗氧率的因素较多，最主要的有温度、体重、pH及水中氧气含量③0dOA’B’M’耗氧率图2水中溶氧分压Po2与鱼耗率之间关系的模式图Fig.2RelationshipbetweenPo2andDO

consumingrateoffishesaPo2G0运动量bmMBADC④⑤①②SII图3-9中AD、AM、AG线反映了溶氧分压与鱼耗氧率之间的关系AG线表示基础代谢耗氧水平（维持生存必须的最低耗氧率）：A，所代表的数值，即基础耗氧率当氧的分压达到鱼类基础耗氧率的需要，即使氧的分压再大，PO2>a，基础耗氧率不变当氧的分压PO2<a，鱼类达不到基础耗氧率水平，那么鱼类的生存就受到威胁，故A点称为窒息点。PO2<a的区域称窒死区当d<PO2<a，此时AD线表示O2

的分压与耗氧率之间的关系，鱼类维持生存最低氧的分压都达不到，故此刻的鱼呼吸已受到严重的抑制◆实际：在生产中处于这种状态的鱼浮于水面不游动，或游动极其缓慢，大口的吞咽空气中的氧，对外界的刺激反应不明显——如果不采取急救，则鱼必然死亡当PO2=d时，鱼类耗氧率为0，故PO2<d的区域称为即死区。达到PO2=d时，鱼类立即死亡，D为即死点

当a<PO2<m：AM。鱼类耗氧率和运动量受氧分压控制。分压越高，则耗氧率越大，运动量也越大，故a<PO2<m的区域称为依存区当PO2≥m时，鱼类对氧的需要达到自由区。氧的分压再增高，耗氧速率也不会再增大，处于这种状态下的鱼行动敏捷，摄食能力强，饵料系数低，抗病能力与适应环境的能力强。如果其它条件适宜，高产稳产就有了保证

三、养殖生产对溶氧的要求由于目的与对象的差异，对溶氧要求不一。综合不同国家的标准，结合我国实际情况，有：3mgO2/L，5mgO2/L对温水鱼类，要求5mgO2/L以上对冷水鱼类

产卵场7mgO2/L以上

生长环境6mgO2/L以上

四、池鱼可能出现浮头或泛塘的判断1.水温26℃日本静冈2000年7月因受炎热影响，大量活鱼缺氧死亡。如鲻、鲈大量死亡水温26℃以上2.水温最高季节7月中旬——8月中旬（浮头或泛塘频率最高）3.施有机肥之后4.人的自我感觉（暴风雨之后）5.天气的变化6.新开鱼池溶氧预报和缺氧防止增氧：增氧机或化学试剂

测氧：用仪器、化学方法和比色法

生物营养元素

第一节概说

Section1Generality一、鱼类的饵料二、营养元素对水生生物生长的限制作用三、水体施肥的特殊性一、鱼类的饵料Forageforfishes鱼类生长营养+能量人工投放饵料天然饵料农副产品+某些添加剂（如氨基酸、矿物质、维生素、微量元素）水体中活的生物，归根结蒂源于绿色植物：养殖水体中主要是浮游植物和高等水生植物或底栖生物——须依赖水中无机营养生长天然饵料有机碎屑(organicdetritus)活的生物(livingorganism)生物死亡后尸体碎片或溶解有机物→吸附、絮凝、浮选浮游动植物、细菌和若干高等动植物或底栖生物二、营养元素对水生生物生长的限制作用Restrictiveeffectsofnutrientsonthegrowthofaquaticorganisms*营养元素：必要性与养殖方式有关必需元素和非必需元素常量必需元素：N、P、K、Ca、Mg、S、C、H、O微量必需元素：Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl等

在养殖水体，生物营养元素不断被水生生物利用，或因某些物理、化学因子使有效形式转变为无效形式，其浓度变化，以致对植物生长产生限制作用怎样解决？1.营养元素可能起限制作用的因子，如以A代表营养元素的有效形式CA——总储量，即各种形式的A[A0]——藻类细胞表面水中A的实际浓度[A]——水中A的平均浓度VA——A从溶液主体向细胞表面迁移速率找出A元素的限制方式2.几种可能的限制作用①各种营养元素[A]（平均浓度）比例不适有氧光合作用中，植物对营养元素的吸收按一定比例原子个数比：C︰N︰P=106︰16︰1重量比：C︰N︰P=41︰7.2︰1藻类吸收营养合成自身细胞原生质时，按一定比例进行。只有当水体中有关营养元素浓度适于水生植物吸收特点，才能获较高初级生产力Liebig最小量限制法则：基础生产由水中有效形式浓度相对较低的那种元素所限制，产生这种限制作用的营养元素称限制性营养元素木桶盛水理论在不同的养殖水体中，在不同的时期和具体情况下，限制性营养元素可能会不同，但一般情况下，P、N是限制性元素，C也可能成为限制性营养元素②[A0]、CA、VA均小●这种限制作用会导致：藻类细胞分裂缓慢，增殖速率很小→整个水体浮游藻类的产量低（初级生产力低）产量产量AB2121细胞数的对数③[A0]、VA大，CA甚小●后果：一段时间内，浮游植物吸收营养元素可达饱和速率而迅速增殖，表现为较高初级生产力但一段时间后，[A0]、VA必变小，高的初级生产力只是昙花一现实际生产中常称水体肥力与后劲不足（偶尔追施化肥）④CA虽大，但[A0]和/或VA小●结果：短时间内浮游植物不可能有较高产量，但[A0]可由CA不断供给●故初级生产量常步子不快、慢慢走，这种水体短时间内不可能有较好经济效益——生产中可能：CA，其中A主要是N、P●[A0]、VA

大，CA小，如化肥养鱼●各种[A]比例不适，经常见由于常在生产中出现，所以往往十分注意，且一些生产方式已以传统经验继承实例1：江浙一带池中投羊粪、猪粪、牛粪广东大草（绿肥）湖南、安徽人粪、牛粪湖北各种有机肥“渔肥”以上均为有机肥——增加各限制性营养元素的CA

实例2：在鱼类生长旺季，池塘除适当施有机肥外，还常追施无机肥，如N、P肥——加大[A0]和VA实例3：有针对性的追施某种化肥（如P），解决比例不适的问题施肥：生产管理中经常调节平衡的过程三、水体施肥的特殊性

Particularityoffertilizinginwaters

1.经济施肥农业、渔业生产施肥，都为使人得到相应产品农业：施肥→植物（稻、麦）→人渔业：施肥→植物（浮游植物）→鱼→人渔业施肥与农业施肥所获产品的性质不一样：自养型的农作物Vs异养型的鱼林德曼10%定律——两种不同类型生产形式使人得到的能量相差10n倍肥→植物→浮游、底栖动物→小型鱼类→鳜→人1001010.10.010.001肥→植物（浮游）→白鲢→人1001010.1施肥是否经济：依养殖对象食物链长短而定，食物链越短，越经济；食物链越长，施肥效果越差2.安全施肥——传统养殖生产中，鱼类饵料的增殖场所与鱼类的生活环境处于同一水体内，虽然施肥可以增加鱼类饵料，但不适当的施肥可能直接或间接影响到鱼类的生长，甚至造成鱼类死亡第二节氮

Section2Nitrogen一、天然水体内氮的存在形式及反应特点二、水中有效氮的实际浓度及其影响因素三、常用氮肥及其特点四、合理施用氮肥的水化学要求五、水体老化一、天然水体内氮的存在形式及反应特点Existingpatternandreactioncharacteristicsofnitrogeninnaturalwaters★氮被称为生命的元素，无论低等还是最高等生物，N都是一种必须的大量营养元素（macronutrients）——即动植物生长需要量大的元素N、P、C、S、O、K、Ca、Mg（在动植物干组织中含量>0.1%均为大量营养元素，其中C、O含量最大，都为45%左右）对于水生植物（包括藻类）N同样是必须的大量营养元素。当水体中N供应不足时，也有可能形成限制性营养元素1.

天然水体中N的主要存在形式：I.无机N（NH3、（NH4+）、NO3-、NO2-）II.有机N（蛋白质、氨基酸、尿素）III.单质的N2在水体中主要由于生物的作用可相互转化，构成了氮在水体内的循环扩散同化扩散扩散沉降氨化同化逸散溶解N2有机NNO3-NO2-NH3N2有机NNO3-NO2-NH3N2有机NNH3沉积物N固氮硝化氨化湖上层湖下层固氮脱氮氨化固氮嫌气分解沉积物2.氨化作用（aminification）(1)含氮有机物在微生物作用下释放出氨的过程如蛋白质→胶→胨→肽→氨基酸→渗入细胞内

细胞外酶AA细菌细胞Protein合成新的蛋白质AA转为另一种氨基酸transaminationNH3有机N向无机N转化的第一步脱氨基作用/氨化作用deamination+(1/2)O2CH3-C-COOHO+NH3(2)脱氨基可通过氧化、还原、水解等方式实现CH3-CH-COOH+NH3+2H2+2H2OCH3-CH2-OH+CO2+NH3CH3-CHNH2

-COOH(3)氨化作用条件A.温度：30~45℃顺利B.pH：中性~弱碱性强烈(pH7~8)C.有机物中N/C：含氮高的有机物有利于氨化作用，如黄豆饼、牛粪、大草等不同既然氨化作用可在有氧，也可在无氧条件下进行，因而无论是上层、下层或底质层都可能发生氨化作用3.硝化作用(nitrification)氨在微生物作用下，逐步氧化成亚硝酸盐、硝酸盐的过程反应程序第一步：铵氧化成羟胺，NH2OH第二步：羟胺和亚硝酸作用生成硝基羟胺第三步：硝基羟胺被氧化成亚硝酸盐第四步：亚硝酸盐被氧化成硝酸盐NH-OHNO2NH2-OHNH4++O2HNO2O2HNO2O2HNO32NO2-+O2→2NO3-2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+NH4++1.83O2+1.93HCO3-→0.98NO3-+0.021C5H7NO2+1.041H2O+1.88H2CO3两种细菌营养特点：自养型可以无机碳作碳源；在天然水体和养殖水体内则可以HCO3-作碳源氮源——NH4+

细菌原生质几种主要元素组成：C5H7NO2：在硝化作用中，一定量的NH4+被氧完全氧化的氧和HCO3-消耗量NH4++1.83O2+1.93HCO3-D.

光照——可抑制硝化作用的第二个阶段影响硝化作用的主要因素A.DO：6mg/L以上最有利，下限1mg/LB.pH：8.4最有利C.T：5～30℃范围内T↑，硝化作用↑E.其它：非离子氨、重金属于德爽,彭永臻,张相忠.海水盐度对短程硝化反硝化的影响.工业水处理.2003.23(1):50-54.王静,等.海水盐度对完全混合活性污泥法氨氮去除率的影响研究.工业水处理.2000.20(4):18-194.脱氮作用（denitrification)硝化作用一直十分关注：NH3→NO2-→NO3-（能逆否？）脱氮菌占5%脱氮作用损失极大：生物圈90%影响因素●NO3-、NO2-的含量：脱氮反应速率随着含量↑而↑●pH：最适范围7～8，pH<5脱氮作用停止●溶解氧：<（0.15-0.5）mg/L，才顺利●有机物等：需接受电子的基质，环境工程上使用甲醇●重金属：对人工湿地反硝化作用影响实验证实，三种离子对反硝化作用都存在抑制Cd2+〉Zn2+〉Cu2+

5.固氮作用（nitrogenfixation）单质N参与水中N的循环，通过固氮作用实现天然条件下，固氮作用是单质N转化为化合N的唯一方式工业合成NH3（1913实现）要400～500℃、200～600atm，且要Fe、K2O、Al2O3的混合物作催化剂水体中固氮作用通过某些固氮蓝藻和固氮菌进行。固氮菌1901被别依耶林克（Beijerinck）首先发现近一个世纪，一直期盼用化学方式模拟生物固氮过程（望能在常温、常压或较温和条件下，将空气中氮固定下来）生物固氮研究的途径对固氮酶的组成和结构的研究固氮机理和人工模拟固氮的研究如：现已分离出纯净固氮酶，并确定由两种蛋白质组成一种为Fe、Mo蛋白，分子量约20万，其中含两个Mo，24~33个Fe，24~27个S另一种Fe-蛋白，分子量5.5~5.6万，含有4个Fe，4个S仅仅了解组成好不行，还要研究其结构。首先就是要制取较大的晶体，通过X-射线衍射方法来测定这种酶的空间结构我国已获长200μ、宽5μ的铁钼蛋白晶体，现处于研究空间结构阶段随着分子生物学的发展，20世纪80年代来，人们开展了固氮菌、固氮基因的研究，甚至转基因二、水中有效氮的实际浓度及其影响因素Actualconcentrationofactivenitrogenandtheiraffectingfactorsinwaters1.有效氮能被藻类和其他水生植物直接吸收利用的氮的形式单质氮绝大多数藻类、植物×固氮藻类、固氮微生物√有机氮一些蓝藻√NH3（NH4+）、NO2-、NO3-绝大多数藻类、植物有机氮化合物水解酶类等蓝藻细胞尿素AA其它◎天然和养殖水体内，通常NH3（NH4+）和NO3-处共存条件下，许多研究指出：绝大多数藻类优先利用NH4+，只有NH4+利用到相当低的程度后才吸收NO3-

原因之一：当两种形式的N共存时，NH3（NH4+）对藻类吸收NO3-的硝酸酶有抑制作用，↓这种酶的活性，阻止NO3-吸收2.增氮作用（1）生物固氮●空气约78%氮气，绕地球大气中约4000万亿t，地上空约5300t/667m2●生物固氮：70～280kg/(667m2·a)●固氮蓝藻：生长过程中将自己从空气中固定总氮的20%~60%释到水中，死后7~15d内即可分解矿化，并释放有效氮成分（2）水中生物的代谢废物●鱼、贝类以排氨为主●浮游植物以多肽为主，还少量AA和蛋白质●浮游动物以氨为主，还有尿素、氨基酸、多肽和蛋白质这些含氮化合物代谢后，很大一部分将释放到水中，主为氨的形式，其次尿素、氨基酸及蛋白质●由于生物代谢活动受环境温度、食物水平、个体大小等影响，所以各种动物通过代谢向水中排泄氮的速率也不同●实际上是水体内氮元素的一种“再利用”——处于同一水层的浮游动物和浮游植物，其浮游动物所排泄的氮在很大程度上能满足浮游植物需要，可达浮游植物需要量的2.54%～181.7%所以，养殖生产中，通过合理放养不同食性鱼类（花白鲢），一定程度上控制浮游动植物比例，利于氮和其它营养元素充分利用（3）含氮有机物的分解矿化水体含氮有机物据分解矿化难易，大体分类可溶、易分解，如尿素、氨基酸、肽难溶、不易分解，如蛋白质、腐殖质中N分子较小，无机化过程不需经长时间水解

一般在表水层和跃温层内就基本分解矿化为浮游植物所利用绝大多数藻类都可利用尿素，还有些藻类可直接利用氨基酸所以这部分能很快进入食物链，只要水体内物质循环畅通，便不会在水中停留很长时间◎难溶并不易分解，须经长时间水解，才逐步变成较小分子有机氮化合物往往在水层中来不及水解就和有机碎屑或悬浮物吸附成较大颗粒沉入底泥由于底泥中通常处于厌氧状态，只能通过异养微生物的嫌气分解→通常只能使这类含氮有机物分解成为NH3（NH4+），即无氧条件下的氨化作用→这些NH4+则储存于底泥的间隙水中底泥间隙水中的NH4+能否为生长在水体中的浮游植物所利用呢？要看两个基本条件：第一，“间隙水”和“上覆水”两者中NH3（NH4+）的“浓度梯度”。“间”>“上”，则越有利于向水中扩散。因为这些铵态氮扩散至上覆水中以后，并不能有效的被上层水中浮游植物所利用第二，看水体能否发生垂直流转，因为仅靠分子扩散速度太慢a.大气中闪电引起（电弧法制硝酸：空气通过4000℃电弧→混合气体冷却到1200℃，得NO气体→进一步冷却过程中NO与O2作用生成NO2→NO2被水吸收成硝酸）b.人类生产和生活活动。燃烧有机物（如煤、石油等），以及其它气体含有氮氧化合物c.紫外线辐射。使大气中的氮与氧结合，有部分氮氧化合物生成（4）随水源补给（大致可分为三种形式）第一、雨水第二、随地表径流地表各种不同形式土壤或多或少存在NH4+与NO3-或NO2-，极易溶解于水，所以地表水经土壤又流入水体就会给水体带进这些化合物在农业上这叫做N的流失，对农业生产是不利的，但对水体补充氮却是有利的第三、人类生产生活活动所造成的大量生活污水和某些“轻工业”污水——如食品、粮食加工、家畜屠宰厂等的废水，其中也含有大量的N化合物地表各种不同形式土壤或多或少存在NH4+与NO3-或NO2-，极易溶解于水，所以地表水经土壤又流入水体就会给水体带进这些化合物在农业上这叫做N的流失，对农业生产是不利的，但对水体补充氮却是有利的小结上述（2）、（3）两个来源，只能是水体内部的“再生与利用”，即在水体中有封闭式循环的特点（1）、（4）两个来源，虽从水体外面补给，但从我国高产鱼池对N的需求量来看，似乎又供之不足，而且不同水体差异很大所以高产鱼池有施肥这样一个生产环节1925年，德国“德摩尔”基于试验工作，提出“鱼池无氮施肥理论”理论要点：鱼池中只要施够磷肥，可免除鱼池对氮的需要。即不需施氮肥，就可获较高初级生产力“无氮施肥理论”是有条件限制的：如固氮蓝藻其它生态条件都适宜，只因缺磷才引起生态不平衡而限制了其固氮能力，这时施以磷，就可促进固氮作用进行，达到以磷带氮，以氮促磷的目的3.耗氮作用（1）生物吸收：饵料生物、无益/有害生物（2）脱氮作用：缺氧、好气——厌气细菌（3）离开真光层：水体外、底层脱氮、底泥中4.水体内氮的分布规律N的分布与变化同水生生物特别浮游植物活动密切相关（1）季节变化（2）水层差——水体停滞分层时，则更明显（水层差与溶氧相反）表层水：含量相对低。这是由于表层水光合作用强，大量的氮被浮游植物吸收利用底层水：光照弱，浮游植物活动弱，对有效氮的吸收利用少，消耗少；另一方面底层间隙水中N的补给，因此含量较高三、常用氮肥及其特点

Commonlyusednitrogenfertilizersandtheirfeatures1.NH3（NH4+）-N★易吸收，肥效快●缺点：①浓度过大，对浮游植物生长有抑制作用，对鱼类有毒②NH3（NH4+）与NO3-或尿素共存时，会抑制藻类对NO3-和尿素的吸收利用③易挥发，尤其是氨水2.NO3-N

★易吸收，一般施肥浓度下对其它饵料生物及鱼类无不良影响

●缺点：一遇缺氧条件，很容易脱氮损失在NH3+共存时，藻类对NO3-的吸收受抑制，损失的几率更大3.酰胺态氮

★尿素在农业上作为一种优良的氮肥，水产养殖中则不尽如此尽管很多藻类能吸收利用尿素，不过在有7μg/L以上的NH3(NH4+)-N共存时，藻类利用尿素能力就受抑制，NH3(NH4+)-N这一低浓度的极值是水体内容易遇到的种植业研究表明，尿素转变为NH3(NH4+)-N在高温季节需2~3d，低温季节需7~10d，属于缓效肥。若在流动的水体中使用，损失较大

四、合理施用氮肥的水化学要求

Hydrochemicalrequirementforreasonableutilizationofnitrogenfertilizers1.施肥指标所谓合理施肥，中心问题是要解决施“多少”的问题：太少不能满足藻类生长的需要；太多则可能造成浪费，有时甚至给水生生物带来不利的影响“施多少”：常以藻类吸收速率为标准。即据藻类能否达较满意的吸收速率确定施肥用量●藻类吸收营养盐类，是酶促生物化学反应。因此吸收问题，只能据酶促反应动力学原理解决，即用米氏方程来解决：V=（V极大·S）/（KS+S）V——N的实际浓度为S时，藻类对氮的吸收速率V极大——N在饱和浓度下的极大吸收速率KS——V=1/2V极大时溶液中N的浓度——KS是一个很重要的常数：对于藻类吸收一定的营养盐类，其KS值一般为一个常数●一般认为KS值可作为藻类生长的临界浓度（即要使藻类生长正常，其营养盐类的浓度不能低于此值）●而研究认为当S=3KS，即V=0.75V极大时，养殖水体能产生比较好的初级生产力根据这样一个原则，看看水体内究竟氮的指标定多少为好？据研究，大多数藻类吸收N（NH4-N、NO3-N）的KS值为8μmol/L（0.10～15）∴S=3KS，即S=3×8μmol/L=24μmol/L24×14=0.34mgN/L即水体中有效氮浓度达0.34mg/L时，藻类才能达较满意的吸收速率那么这个理论计算值是否符合实际情况？如江苏无锡市水产研究所对亩产1500kg的高产鱼池的水化学指标作全面分析，认为N保持在0.3mg/L是必要的2.施放氮肥应注意的事项关键在：①时间——晴天、午前；②少量多次主要是围绕一个中心问题：尽快被浮游植物吸收，最大限度满足鱼类对饵料的需要五、水体老化Agingofwaterbody1.铵（氨）态氮肥的利弊★优点：易吸收，肥效快●缺点：①浓度过大，对浮游植物生长有抑制足以，对鱼类有毒②NH3（NH4+）与NO3-或尿素共存时，则会抑制藻类对NO3-和尿素的吸收利用③易挥发，尤其是氨水2.水体老化（渔场老化）——生产中，某些鱼池，多少年来都获得较满意鱼产量，可后来慢慢鱼池产量逐步下降，且鱼病防不胜防。按一般生产管理措施很难改变这种局面●养殖水体发生这种情况，有人把它叫做“水体老化”或“渔场老化”、“水质老化”。各种说法不一，但反映特点基本一致“氧债”有机物分解的一些中间产物和无机还原物质、H2S、NH3、胺类、低级脂肪酸、吲哚等放养密度大→代谢产物积累（NH3）有机肥和饵料沉于池底有机物在嫌气条件下，由异养微生物嫌气分解●由于上述两个方面的原因，又加之通常没把鱼池中增氧当作一项日常性的工作来抓，这样就难以排除这些有害物质的积累——这些物质中尤其以NH3的积累可归结为水体老化的主要矛盾●在依赖于部分天然饵料的养殖水体，保持N（NH3或NH4+）的浓度非常有必要。但完全投喂人工饵料水体则应排除NH3●大鳞大麻哈鱼鱼种放养到0.018mg/L的NH3或低于此值池中饲养6周，结果观察到鳃瓣上皮细胞增生●NH3与锌、铜对鱼毒性有协同作用第三节磷

Section3Phosphorus一、天然水体内磷的存在形式二、天然水体内有效磷的实际浓度及其影响三、合理施用磷肥的水化学要求●植物营养三要素之一●一切藻类必须的营养元素。虽藻类细胞内磷的含量比氮低（N平均为1.77%～9.43%，P为0.08%～1.17%），但磷作为一种营养元素，对生物的作用绝不亚于氮●生物体内，磷主要用于构成（1）核糖核酸（DNA、RNA），其中含磷20%～30%；（2）核苷酸，如ATP、ADP、AMP；（3）磷脂；（4）某些纤维素、酶也需磷▲其中核糖核酸主要功能在于控制蛋白质合成，而核苷酸则主要在能量储存——氮是合成蛋白质所必须的原料，磷是促进蛋白质合成不可缺少的元素●自然界里磷化合物与氮化合物比较，其溶解性小，迁移性小，所以养殖水体内磷的补给量和迁移速率往往满足不了藻类需要，故磷常成为水体中藻类和其它水生植物的限制性营养元素●因此，有些资料水体营养类型，常以磷含量评价●一些水体初级生产力和磷含量明显相关——中科院水生生物研究所对东湖多年调查，确定东湖藻类生物量与东湖湖水中正磷酸盐浓度就存在明显相关性Y=2.2888+4.6329XY——藻类生物量每年平均估算量（mg/L）X——正磷酸盐实测浓度的平均值（mg/L）●藻类吸收各种营养元素，是按照一定的比例吸收的。既然在东湖藻类生物量与正磷酸盐之间存在着这样的相关性，这就说明，在东湖，元素磷就是第一位的限制性营养元素一、天然水体内磷的存在形式ExistentformsofPinnaturalwaters●自然界绝大多数含磷化合物中，磷原子通过氧原子和别的原子或基团相联结，而磷原子与氧原子通常组成一个很稳定的结构单元（磷氧四面体），所以尽管磷有四种不同化合价+1、+3、+5、-3，然而在天然情况下，通常以+5价出现●藻类吸收磷是以正磷酸盐的形式，且以同一形态直接参与体内物质代谢，而无法经过还原转化磷存在形式与氮很不同。如：由于P在水体中形态和在生物体内相同，所以磷的分类与N不同1.溶解磷与不溶解磷●溶解的定义为：溶质与溶剂之间没有相的区别，即不存在界面，溶质的颗粒应<1mμ●但溶解磷不能满足这一要求。所谓溶解或不溶解具有新的、约定俗成的含义，即指能通过某种规格滤器的便叫溶解，否则称为不溶解磷（称颗粒状磷或散式磷）——显然，在实际工作中这种划分标准通常要受到两种因素的制约第一、滤器孔径规格●如滤器孔径不一致，则同一水样中所谓溶解磷与不溶解磷形态与含量可相差甚远目前国内外统一标准是能通过0.45μm孔径的磷为溶解磷，不能的为颗粒状磷或散式磷第二、过滤方式●上面所说的滤器，一般孔径都很小，如让水溶液自然过滤，必很慢，且往往孔易堵塞为加快过滤速度，常抽滤，随所抽相对真空程度不同，抽滤瓶内外压力差也不一样，则会使浮游植物细胞不同程度遭破坏，以致细胞内容物中所含磷进入滤液，使溶解磷增加2.活性磷与非活性磷●所谓活性磷，是指用钼蓝法能够测定出来的磷，反之则称非活性磷活性磷包括下面几种形式的磷：（1）无机正磷酸盐这种正磷酸盐，可以几种形式存在于水中，如H3PO4、H2PO4-、HPO42-、PO43-各形式磷占总正磷酸盐比例决定于溶液pH，同时也与有关电解质的存在密切相关（2）无机缩聚磷酸盐——从缩聚方式看分为两大类●直链状的多磷酸盐，如焦磷酸盐P2O74-、三聚磷酸盐P3O105-●呈环状的偏磷酸盐天然水体内缩聚形式磷酸盐主要是直链状，且非天然产物，主要来自人工合成洗涤剂的废水——通常生活废水中含这种化合物这类磷酸盐很易水解成为可溶性正磷酸盐，而被藻类吸收利用（3）不稳定的有机磷化合物——主要是指一些低分子有机磷：如磷酸腺苷、ATP、ADP、AMP等，α-磷酸甘油酸以及磷脂●这些低分子有机磷化合物主要来自水生生物的代谢废物●上述三类形式的磷化合物都可归结为活性磷的范畴无机正磷酸盐，可直接用钼蓝法测出而后两种形式的磷化合物在实验室条件下，控制一定的酸度和温度，可将其水解成无机磷酸盐，也可通过钼蓝法测定3.有效磷与总磷有效磷：能被藻类直接吸收利用的磷。一般可把活性磷看成有效磷“无机缩聚磷酸盐”和“低分子有机磷”，虽不能直接被藻类吸收利用，但可被相当多藻类分泌的细胞外酶水解成为正磷酸盐后再吸收利用总磷，包括水样中各种形式的磷●综合上述几种分类方式，从水产养殖生产的角度，常常用总磷作为指标●也有用可溶性磷（离心方式）二、天然水体内有效磷的实际浓度及其影响ActualconcentrationofavailablePanditseffectsinnaturalwaters●和N不一样，磷在水体内由于生物因素（主要）和非生物因素综合作用，有着具有一定特点的循环途径●各形式的磷之间的循环交换速率和整个循环达成平衡所需要的时间，由于各种水体的具体条件不同而有差异（特别是循环达成平衡的时间差异更大）——这些具体条件是：生物量大小、粘土粒子的多少、温度、水体营养条件、pH、O2等碎屑生物量食草动物溶解磷2浮游植物60食草动物3.3细菌0.121.1溶解磷150.1细菌0.10.30.71.025碎屑生物量底栖生物700间隙水溶解磷3细菌0.10.20.1FePO4,AlPO4,Ca(PO4)6(OH)2粘土—硅酸盐500000.40.11.4表水层深水层沉积物0.10.2湖泊中鳞迁移循环主要步骤稳态模式图（Stummetal,1971）◎Aqualitativemodelofthephosphoruscycleinafishpond(Boyd,1971)DetritusSolubleorganicphosphorusPhytoplanktonConsumersMacrophytesPhosphateMicrobialactivityPermanentlosstosedimentRunoffStreaminflowAtmospherePlantdebrisAnimalactivityFertilizationFishfeedsOutflowAnimalactivityFishharvest

LOSS

INPUT◎①循环形式与途径简单磷循环中，始终以磷氧四面体[PO4]3-基团在生物与非生物间交换由于不发生反应机理较复杂、反应速度较慢的氧化——还原反应，故磷循环所需要时间较短在气温较高季节，水生生物（浮游植物）量大，施磷肥后不久，测得水体中可溶性磷增加不明显或甚少②水体和沉积物中不同形式磷的丰度相差甚远丰度最高：沉积物中无机磷A．难溶磷酸盐。FePO4-、AlPO4、Ca10(PO4)6(OH)2（即羟基磷灰石）B．被粘土粒子吸附的磷。主要是离子选择吸附：Ca2+、Al3+存在于粘土粒子上这部分无机磷除极少量的有效化（可溶）后，能扩散到表水层为藻类利用外，绝大多数是无效的另一类是沉积物中有机磷贮于有机碎屑和底栖生物也只少量能矿化为有效磷后扩散到表水层为藻类利用其它形式的磷丰度则相对很少，其中尤以溶解状态磷含量最少表水层藻类生物量大，吸收溶解磷快，故表水层溶解磷<深水层③各种磷之间转化速率大小不一◎2.增磷作用水生生物的排泄废物沉积物中有机磷化合物的矿化和无机难溶磷酸盐的溶解水源中补给而来（1）来自水生生物的代谢废物水生生物，特别水生动物排泄废物中含较多磷下面以浮游动物研究一例说明①浮游动物排磷量与环境条件的关系Peter研究发现：温度（T）高低、个体大小（W）、食物水平（C）等都与浮游动物排磷速率（E）有密切关系定量研究，多重回归方程E=0.0286e（0.0387T+0.00001C-3.34P）W-0.383该方程基础上确立：最适温度和最佳营养条件时浮游动物上限排磷速率；低温和最差营养条件时下限排磷速率T20℃，C1.0×105cells/mL→P=0.021μg/mLE=0.157W-0.383（上限方程）T10℃，C0cells/mL→P=0.91μg/mLE=0.042W-0.383（上限方程）

以浮游动物的干重W为横坐标，以排磷速率E为纵坐标作图②浮游动物排磷与浮游植物需磷量的关系当水体生物群落处于稳态时，处于同一水层的浮游动物排磷和浮游植物需磷之间的关系A．浮游动物只能吞食细胞ø0.45~30μm内藻类和细菌B．0.45~30μm藻类和细菌所吞食的磷占表水层总磷量的34.3%C．浮游动物吞食藻类和细菌速率为80%D．设表水层总磷量为1，则1×34.3%×80%=0.274：每天藻类和细菌为浮游动物所提供磷为0.274E．浮游动物所摄食总磷中54%可溶性磷排入水中为浮游植物利用，则0.274×54%=0.148F．剩余的则随粪便残渣沉入底层0.274-0.148=0.126只要水体中浮游动物与浮游植物处于一种稳态，则每日只要向表水层输入表水层总磷的12.6%就能维持这种稳态也就是说，浮游动物的排磷量在很大程度上可以满足浮游植物的需磷量讨论是假定在稳态条件下，但实际情况并非完全如此养殖水体内藻类和浮游动物还要被鱼类和其它水生昆虫吞食，因而很难达这种稳态但是，生产中可通过控制不同食性鱼类数量使水体中浮游植物和浮游动物量维持在适当比例范围内。充分利用这部分P，同时也充分利用N、Si、C等营养元素（2）来自深水层及沉积物自然界里的磷迁移性小→决定了在水底底层沉积物内含磷量>>溶解在水体内的磷Stumm计算湖泊内沉积物中的磷的丰度比表水层含磷量高600多倍

沉积物有“磷酸盐贮存库”之称尽管沉积物内含如此丰富的磷，但若不施人为作用，就不能很好发挥作用沉积物中磷多为无效形式：与Ca2+、Fe3+、Al3+等结合为难溶的盐类；为粘土颗粒所吸附；本来为难溶的有机态磷与藻类密集区距离远：上述各形式磷即使一部分在一定条件转为可溶性磷，但水体处停滞分层时，这部分溶解磷难达水体表层，所以生活在表层的藻类很难及时利用因此，底层沉积物究竟能为表层提供多少有效磷，以及提供的速率有多大，则决定于：①磷的无效形式的有效化②水—沉积物界面处磷酸盐的交换过程③由深水层向表水层迁移①磷的无效形式的有效化A．含磷有机物的矿化和自然界各有机物矿化一样，含磷有机物矿化也和微生物活动密切相关，特别是微生物体外磷酸酶活性高低关系更重要“磷酸酶”活性高低，主要与温度、pH和DO有关→从pH和DO这两个条件来看底质层不利于有机磷化合物矿化B．难溶无机磷酸盐的溶解这一类无机磷酸盐的溶解，同样离不开细菌的作用很多微生物都具溶解无机磷化合物的能力，但作用机制和有机磷化合物被微生物分解矿化完全不同这些微生物主要通过两个基本途径来实现难溶无机磷酸盐的溶解Fe3+→Fe2+FePO4→Fe3(PO4)2产生或模拟一种还原环境主要影响“铁-磷酸盐系统”溶解性Ca(H2PO4)2→CaHPO4

→Ca3(PO4)2通过产物降低pH值主要影响“钙-磷酸盐系统”溶解性②水—沉积物界面处磷酸盐的交换过程流转期：P

间隙水>P上覆水停滞分层期：P

间隙水<P上覆水

③由深水层向表水层迁移（3）随水源补给磷雨水：地表径流水、生物污水、家畜粪便等3.耗磷作用生物作用化学因素物理因素（1）化学沉淀作用通常受两组金属离子控制：Ca2+、Mg2+；Fe3+、Al3+①pH>7.5条件下，Fe3+、Al3+通常已水解生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，游离的Fe3+、Al3+离子很少；但水体中Ca2+、Mg2+在中性偏碱条件下不会发生水解，因而很容易与PO43-生成难溶磷酸盐更有甚者，夏天光合作用旺盛，大量消耗水中的CO2，pH逐步↑。表层水则可析出CaCO3，与磷酸氢盐作用生成羟基磷灰石：10CaCO3（固）+6HPO42-+2H2O=Ca10(PO4)6(OH)2（固）+10HCO3-所以夏天，光合作用强烈的鱼池，沉水物体上会有一层白色析出物，则可能是几种难溶盐类的混合物②pH值<5时，Fe3+、Al3+离子可能发生水解作用，但可与PO43-生成难溶的磷酸盐；虽然Ca2+、Mg2+同样不能发生水解作用，但其磷酸盐在此pH值条件下溶解度更大（2）吸附固定当6.5>pH>5时，粘土粒子对PO43-的吸附作用表现为最强天然水体和养殖水体的pH值范围内最容易发生Ca3(PO4)2↓4.磷的分布特点水体中磷的实际含量，是增磷作用与耗磷作用这对矛盾相互作用的结果不同季节增磷作用和耗磷作用强度差同一季节、同一水体在不同水层，增磷和耗磷情况有差异因而水体内的磷表现出明显的时空分布不均现象

藻类大量增殖的季节与水层，越可能发生缺磷，这就需据具体情况采取一定措施三、合理施用磷肥的水化学要求Hydrochemicalrequirementforreasonableutilizationofphosphorusfertilizers1.藻类吸收磷的特点●藻类吸收和利用磷，同样也是酶促反应，那么藻类对磷的正常吸收利用，也符合酶促动力学原理。然而，在非正常情况下，会表现出一些特异性（1）磷浓度足够大时，主动吸收→被动吸收●这种吸收是靠生物膜内外磷浓度差进行扩散来完成→这对于藻类起到“修养生息”的作用：扩散方式吸收，既使藻类获得营养又不消耗自身能量（2）奢侈吸收现象●当藻类细胞处于磷饥饿状态时，也违背了一般的吸收规律——不进行光合作用情况下，也能吸收磷（通常情况下，植物吸收磷与光照有明显的相关性），且吸收速度比正常状况下大得多●这时吸收到细胞内的磷以多聚磷酸盐形式贮存。一旦环境中缺磷，又可供藻类生长繁殖所需2.施肥指标●淡水浮游植物对有效磷的吸收，其未饱和常数KS在0.2~0.8μmol/L间，通常取平均值0.5μmol/L；S=3KS时藻类吸收磷可达理想速率——可得出S=3×0.5×31=46.5μg/L（有效磷浓度）●实际情况：我国高产水体PO43-含量大大超过这个理论值——譬如原武汉汉口渔场鱼池里磷酸盐含量最高时可达225μg/L；江苏无锡市高产鱼池中磷含量200μg/L以上●但作为一种指导全局生产的指标，应局限于各地具体情况，既符合养殖生产一般要求，又切实可行。所以拟订：●鱼池，鱼类生长旺季，表层水中有效磷浓度≥50μg/L；大水面，≥30μg/L▲一方面，要使鱼池磷的浓度提高较为容易，而大水面较难▲另一方面，为防止大水面富营养化及天然饵料过少两种倾向，最好保持在30μg/L3.施用磷肥应注意的事项（1）依施肥的目的不同而选用肥料不同①改良水质，常称“追肥”，选择水溶性较好的：过磷酸钙、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾等；时间一般鱼类生长旺季，鱼类越冬或摄食量不太大的季节不宜追肥②

如为改良底质，则选热制磷肥：汤姆斯肥、钙镁磷肥、脱氟磷肥，这类肥料溶解性小，可以慢慢向水中释放，同时常稍带碱性，利于提高底质pH，促进有机物分解矿化；时间一般冬季或早春鱼池清整（2）根据磷肥的性质选择施肥的方法与时机①大雨后或施放石灰后不宜马上施磷肥②挂袋、挂篓的方式——使得可溶性磷在表水层停留时间延长（例水库养珍珠）③与有机肥一起沤制④

N︰P为6~7︰1，实际2~3︰1第四节其它营养元素

Section4OtherNutritionalElements一、C二、Si一、碳

Carbon一切有机体中含量占相当大比重，如植物体碳占干重的一半左右可见，碳对于植物来讲，无疑是一种需要量极大的营养元素——植物对碳需要量很大，但作为一种营养元素，对它的重视不如N、P、K：陆地上可被植物利用碳的有效形式CO2主要贮存于大气。大气碳素约有6千亿吨，植物可直接利用——陆地上动植物呼吸作用、动植物尸体与排泄物经微生物分解：CO2源源不断的补充，空气中含量较恒定因此，陆地上植物缺乏C元素及由此对农业生产的影响不及N、P等元素明显（不被人们所认识）

科学研究证明：空气中CO2浓度对植物充分进行光合作用远远不够：对CO2的需要，可以说植物常处于一种“饥饿”状态之中——例如：小麦、水稻、豆类、薯类、蔬菜等多种农作物对CO2的需要，要比空气中CO2高1~4倍黑莱等在塑料温室内以水稻作试验，当空气中CO2浓度从0.03%增至0.24%，水稻产量可从亩产1333斤/亩（1kg/m2）增到2520斤/亩（植物杂志，1981.5期）1.C对藻类生长的限制作用水中藻类吸收碳的有效形式与陆地上吸收碳的有效形式的特点不同。除CO2外，有的藻类还可直接吸收HCO3-作为碳源（CO2能借助扩散、被动吸收）（HCO3-主动吸收）

由于碳酸盐存在形式与水体中pH关系密切，则由HCO3-转化成CO2的方式也有所不同经研究证明●pH<8：HCO3-可能转化成H2CO3，再由H2CO3脱水分解释放出CO2。即HCO3-+H