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以上所述是天然水水质的一些共性。
不同地区的天然水体,由于所处自然地理条件不
同•所受的影响也不佯。
所以它们的复杂多变性常常还各有自己的特点,即所谓的地方色彩,
必须具体调查分析。
水产养殖加盟
二、天然水中的常见化学成分尽管天然水中的化学成分是复杂多变的,但在了解水中的化
学成分时,还是有一定规律可循。
在与生物有关的水化学研究中,人们常根据各种天然水所含主要成分大体相同以及对水生生物影响的一些共性,把天然水中的化学成分大体分为六类。
1•溶解气体O:
、N:
、c()。
等。
2•主要离子包括四种阳离子和四种阴离f:
Ca〞、Mg、Na+、Kr、HCO、CO}、SOi、
Cl。
3•营养盐类包括三种无机氮化合物.即NO、NO、NHi.磷酸盐、硅酸盐、铁等。
4•有机物质指溶解的悬浮的各种有机物质.包括淀粉、脂肪、蛋白质及其不完全分解
的产物等,还包括腐植质类物质等。
5•pH是表示水的酸碱性的指标。
它是重要的水化因子和生态因子.对生物和水质有着重要影响。
6•工业污染物随着工业的开展,各种工业废物进入天然水体的量日益增多,汞、镉、铬、
铅、砷、酚及氰化物等都是天然水中常见的工业污染物。
随着人们对环境保护工作的重视,这类有毒有害物质进入水体的量将逐渐减少。
三、天然水化学成分的主要来源天然水中的各种化学成分主要来自以下几个方面:
1•从空气中溶解,空气中的各种成分可以通过气一液界面溶于水中.这一作用对大气降
水的化学组成影响很大,1000ml雨水在下落的过程中可洗涤约33XIo•l空气,空气中的成
分将大量溶于水中。
除Nz、()。
等接近饱和外,还含有S()i、CI、Caz+、Mg_、K+、Na+以及N()。
、NQ2等。
大气降水的总含盐量_般在数十mg/1。
。
2•对岩石、土壤的溶滤作用水与土壤、岩石接触,可将其中可溶组分溶解。
在沉积岩
内,常含有多量NaCI、CaSO•2H:
OCaC()。
、Mg('
O。
等,前二者本身可溶于水中,后二者当水中有COz存在时•可转变为易溶的酸式盐。
各种长石经风化后也会生成易溶成分:
Na
20•A1203。
6Si():
+5H?
【)—一2NaHSi()。
+2H2SiO.、+AI:
03•2Si02•2HzONa20。
Al2()3'
6Si()2+2COz+3H2-2NaHC()。
+4Si02+A1203-2Si02.2H:
()Ca()。
2Alz()。
•4Si()2+2C02+5HzC—+Ca(HC()3)2+2(A1203•2Si02.2H20)土壤中含有许多可溶
性无机盐及有机物质。
某些干旱地区的土壤含易溶盐分很高,与这种土壤接触的水,含盐量
就相对较高。
3•水中生物的分泌排泄和微生物的分解转化作用水生生物在其生命活动过程中,要不
断分泌排泄其代谢产物•生物死亡后的尸体会被微生物分解并再合成。
这是水中有机物、氮、
磷等营养物质的主要来源。
4•离子的交换吸附作用天然水中存在着粘上、腐殖质等胶态、悬浮态微粒,它们带有
负电荷,其外表吸附着一些可以代换下来的阳离子。
腐殖质胶体的交换容量。
较大,一般可达150〜700mmol/1009、矿物胶体的交换容量较小,一般约有10〜80mmo/1009。
交换吸附作用是可逆的过程,进行到该条件下到达平衡为止。
例如,酸性土壤胶粒所具有的可交换性阳离子中H+、AI〞较多,当水中其他阳离子浓度增大时.会依下式把H+、A13+
交换解吸,使水中Ho离子浓度增大:
/H+
Ca2+
/Caz+
l黏土或胶粒I
+K+—一I黏土或胶粒l—K++H‘+A13+
\Al3,
Na'
、Na-
又如•盐碱土所具有的可交换性阳离子中Na'
较多,当水中C():
浓度增大时•可依下
式进行交换吸附:
Na‘
H'
圆?
+茹。
一匝蔷弋2N然
Na4
H+
不同的离子被吸附的难易程度不同。
一般首先决定于它的电价,电价越高的离子越易被吸附。
电价相同时,离子半径大(水化离于半径小)的易被吸附。
其他条件相同时,阳离子被土壤胶粒吸附的顺序是:
Fe3'
>
Al3+>
Ca24>
M92+>
'
K>
NH?
N'
a带正电荷的胶粒那么具有可交换的阳离子。
阴离子被带正电荷的胶粒吸附的顺序是:
C2(。
):
>
C。
H。
();
‘>
HP():
s();
2>
CI>
N()j
第二节天然水的一些物理性质
一、水的热学性质水是热的不良导体•如果不发生流转混合,热鲢由水体的一端传递到另一端的速度是极慢的。
热容:
在所有固体和液体中,水的热容最高(除氨外)。
熔化潜热:
在所有固体和液体中•水的溶化潜热最高(除氨外)。
蒸发潜热:
在所有物质中.水的蒸发潜热最人。
上述热学性质对稳定水温有积极作用•对水牛生物是有利的。
热膨胀:
一般液体都是热胀冷缩的•温度升高密度变小•温度降低密度变大•冷至凝固那么密度最大。
水与水溶液的情况那么较复杂•详如图卜1和图1_2所示:
由图可知,纯水冰点为0(.最大密度H寸的温度为4C(3•98('
).由4C起升温或降温密度均逐渐变小,即4(、以上,水足“热胀冷缩〞的.4(、以下,水是“冷胀热缩〞的。
含盐分的天然水.冰点和最大密度时的温度部随盐度的增加而下降。
最大密度时的温度随盐度的增加而下降得快,冰点随盐度增加下降得慢.两线相交r盐度为24.7%。
温度为一1.35C处.即盐度为24•7%o的水,它的最大密度时的温度与冰点相同.均为一1.35G盐度小
于24.7%。
的水,最大密度时的温度高于冰点,由最大密度时的温度开始•不管是升温,-
相当于l00g干物质所具有的可交换阳离子的总量(以毫摩为单位)称为该物质的交换容量。
还是降温,密度均逐渐变小。
由于这一特点,盐度小于24.7%的各种天然水体,当温度降至
凝固点,结冰都是从水外表开始,底层水温仍在冰点之上。
这时对鱼类的越冬是有利的。
二、水的透辐射性质和水的透明度
(一)水的透辐射性质抵达水面的太阳辐射,一局部被水面反射,回到大气中,一局部进入水体,被水吸收或向深处透入。
影响进入水体内部的有效太阳辐射能的主要因素是:
1.抵达水面的太阳辐射总量这又与云层覆盖程度、海拔高度、纬度、日长等有关。
2.水面对光的反射性主要与太阳的高度角〔指太阳光线与地平面的夹角〕有关。
太阳高度角较大〔30。
以上〕,因水面反射而损失的太阳辐射能很小。
太阳高度角小于30。
,随高度
角减小。
反射损失的太阳辐射能迅速增加。
太阳位于天顶时,98%的太阳辐射可穿过水面进
入水体。
假设太阳位于地平线附近,那么几乎全部太阳辐射被水面反射。
可见早晨和黄昏被水面反射损失的阳光较多,进入水中的阳光能量较少,水中的“白天〞远没有大气中的白天那么长久。
水面有波浪时.会影响水面对光的反射性。
太阳高度角较大时,波浪会增加反射损失。
太阳接近地平线时,波浪那么使反射损失减小。
3.水体的浑浊度悬浮在水中的黏土粒子、有机碎屑、浮游生物、微生物、各种沉淀及絮凝物,都能形成浑浊度。
浑浊度高,光的吸收、散射损失也大。
进入水体的太阳辐射,一局部被水吸收,一局部被悬浮微粒吸收或散射,一局部继续向深处穿透。
透过水面进入水体内部的光能随穿透径〔水深〕增加而衰减。
图1—3表示了光在穿
透清洁水时能量随深度的相对变化。
太阳辐射线中,红外线、紫外线最容易被水吸收,能量衰减很快,大局部能量在表水层被吸收消耗,如图1—3中的曲线a、b。
水对可见光的吸收较弱,其中穿透能力最强的是蓝绿色光,其光随深度增加衰减很慢〔曲线d〕。
而红色光的衰减那么快得多〔曲线c〕。
假设水的浑浊度较大,那么光随深度的衰减得更快。
有人研究得出,照射到湖面的太阳辐射能量的80%被表
面1m厚的水层所吸收,并且大局部能量消耗在最外表的20cm水层中,这些辐射能被吸收后
转变为热能,使表层水温升高。
假设无风,太阳辐射只能加热表层水,对深层水432lOl52345
I〕.鹫赠的温度影响很小。
上述水的透辐射性质,对水中浮游植物可能产生以下三种影响:
〔1〕光抑制区:
光强过高,抑制浮游植物生长。
在光照强的白天,最表水层可发生这一情况。
〔2〕光适宜区:
光强适宜,在其他条件适宜时,浮游植物可以饱和速度进行光合作用。
日照强烈的次表水层,阴天或日照不强的最表水层,多属这种情况。
〔3〕光限制区:
光强太弱,即使其他条件适宜,植物也无法生长。
〔二〕水的透明度把透明度板〔直径为20cm的黑白相间的圆盘〕沉入水中,至恰好看不见板面的白色,此时水的深度即为透明度。
透明度是进入水体内的阳光能量大小的一种量度,也是水体内能量流动的能源大小的一种量度。
不同水体,由于影响进入水体内的有效太阳辐射的因素互不相同,它们的透明度可以相差很远,小的缺乏20cm,大的可达10m左右。
经验说明:
透明度深度下的照度,仅为水面照度的15%左右。
光辐射能量‘相对值〕
在表水层,阳光充足,植物可正常生长,
图I・3光辐射能量在水中的衰减动物所需的有机营养主要在这一水层内生成,称为营养
生成层。
底水层,光强缺乏或没有光线,植物不能正常生长,有机营养不能合成积累,相反地,有机营养物质被分解消耗,称为营养分解层。
在营养生成层与营养分解层之间的某一深度。
有机营养的合成量与分解量大体相等,称为“补偿点〞,相应的水深称为“补偿深度〞,约为透明度的两倍。
显然,在营养生成层与营养分解层内进行着不同的化学反响,这是导致天然水体内化学成分垂直分布不均一的重要原因。
第三节天然水体的流转混合及温度分布一、水的混合作用在天然水体内,水的混合作用可分为因密度不同引起的自动混合和因风力引起的强制混合两种。
水的自动混合作用是指表层水密度增大,与密度较小的下层水之间发生对流交换作用。
表层水密度增大,是由于温度下降〔水温大于4C〕或温度上升〔水温小于4C〕所引起。
这种因上下水层的密度差而引起的自动混合.又称为“密度环流〞。
湖水或池塘水在升温或降温时期,都是岸四周的浅水区变化人。
降温时期岸边水先冷却,假设在4C以上,密度增大,会形
成如图1—4所示的环流。
4〔:
以卜.的水在升温时期,也有类似的环流形成。
这是简单的模式,具体情况不同.所形成的环流状况也不同。
在自然条件下。
纯密度环流较少发生,常伴有风力作用的参与。
在风的吹拂下,会形成如图1—5所示的风动环流。
在风力作用下,表层水随风力方向运动。
造成迎风岸的水I二涨.背风岸的水F落.由水位差的作用又使下层水向相反方向流动,从而使不同水层的水发生所谓强制混合作用。
假设风力不大,只造成局部流转混合,当风力很火时.那么流转混合较为彻底。
二、天然水体内的热分层和季节变化我国北方地区一些较深的湖泊、水库等相对静止的水体,水温的垂一分布有典型的季节特征:
夏季水温上层高、下层低,呈温度的正分布;
冬季水温下层高、上层低,呈温度的逆分布;
春秋两季是表底水层温度近于相同时期〔称为全同温期〕。
下面分别加以讨论。
1.冬季的逆分层期我国北方地区的湖泊、水库在冬季都可封冻,表层被一定厚度的冰层覆盖,紧贴冰下的水温为0〔•、,随着深度增人温度略有增加I,到底层为/ICo也可能是2〜3C或更低些。
于水温是上层低下层高,称为温度的逆分布。
此时温度随深度的变化是缓慢的•故无明显的分层现象。
2•春季全同温期春季气温上升•大地转暖。
水面冰层融化后,在太阳辐射下•被加热的
表层水温度向4〔、方向升高,其密度大r温度较低的下层水,产生密度环流混合作用直到上下层水温均为4‘C,密度环流停止,故称为“全同温期〞°
春季一般多风,当到达全同
温后,风力的强制混合作用易将整个水体彻底混合。
如果一边刮风一边受阳光的照射,那么水体上层被加热的水可不断地与下层水混合,使上下水层同时升温。
所以春季的全同温期不仅限于4〔'
•而是呵以延续到4C以上•例如10C、15C等,视风力及湖盆形状而定。
春季的全同温期,对养殖水体中的鱼类及饵料生物都是有利的。
3•夏季正分层期〔停滞期〕夏季是温度持续向4〔以上二升高的时期。
在阳光照射下,被加热的表层水难于将其热量传递到下层,如果在这一时期内无风或少风,天气晴朗,那么水
体表层温度能很快上升,使上下水层温度差增大,密度差也增大,上轻下重.呈现温度的正分布。
此时在表底水层之间常会出现“温跃层〞.即在表底水层间某一深度处,水深改变不大而水温迅速下降的水层。
由于表底水层温度相差较大,上轻下重,水体很难自由流转混合,所以这一时期的水体称为“停滞分层期〞。
在温跃层以上的水层温度高,温度随深度变化不大I在温跃层以下的水层温度低,温度随深度的变化也不大。
如图1—6b所示的典型情况。
底层水温不一定是4Co经常是高于4C•这具体决定于春季全同温期所延续的温度。
温跃层形成后,风力的强制混合作用只能在温跃层以上进行,而不能混合到底。
风力增大,强制混合的深度加大,温跃层那么会向下移;
当风力足够大时,温跃层可能消失。
深而狭窄、岸高且多树的水体,在夏季连续多日无风或仅有微风的日子里,容易形成温跃层。
温跃层就象一个屏障,把上下水层隔开,上下水层中的物质得不到交换,久而久之,上下水层中的化学成分可能有很大差异。
这种情况会影响鱼产力。
对养殖生产不利。
图1—7是辽宁大伙房水库大坝西侧水温的垂直分布,从图中可见,在14〜18m间有一个
温跃层。
图1—8是无锡市河埒大队的一个小鱼池的水温垂直分布与时间的关系,从图中可见,
水的对流交换只能进行到80cm深处。
80cm以下的水温在1天之中根本没变化,这一水层的
水温随深度增加迅速下降,即所谓的温跃层,只不过由于池水较浅,温跃层以下的深水层不存在。
4•秋季全同温期秋季天气转凉•表层水温向4C方向下降•密度增大,变重下沉,次
表水层那么对流上升,发生局部流转混合。
假设表层水温继续下降到等于或低于底层水温,那么表底水层密度差消失,甚至上重下轻,使表底水层对流混合,或在风的吹动下,完全流转混合.从而使整个水体温度一一致.也呈全同温流转状态。
如图1—6c所示。
我国南方地区的一些湖泊、水库、池塘全年水温都在4C以上•因此,只存在4C以上
的正分层及流转混合。
一般说来•春、夏趋于正分层,秋、冬趋于流转混合。
在温度剧烈变化的日子里,水的分层及流转混合,还可在1天内交替出现:
白天趋于正分层,晚上趋于流转混合。
水的分层及流转,对于水的化学成分的分布、变化影响极大。
水分层时,水化学成分也垂直分层。
水体流转时。
水化学成分垂直分布趋于均一。
因此•了解水体分层及流转情况,是掌握水化学成分分布特点的重要依据。
经常测定记录不同水层的水温变化,是了解水体分层或流转状况的有效方法。
第二章主要离子
水中溶存数量多的离子称为主要离:
f。
各类天然水中的主要离子有Ca2+、Mgz+、Na+、
K+、}tCOf、CO;
、SO;
一、Cr等,它们构成的盐类约占水中溶解盐类总量的90%以上。
在各类天然水中含盐量及主
要离子的比例关系有很大差异。
在多数淡水中.阳离子以C2'
为主,阴离子以HCOi为主.而
在海水巾.阴离子那么以Cl为主。
各主要离子含量。
假设以“mmoJ/L〞为单位(一价离子以“离子〞为根本单元,二价离子以“1/2离子〞为根本单元)表示时,那么四种主要阳离子之和与四种主要阴离子之和有近似相等的关系.即:
刀Na'
十K+十Ca:
十Mg:
'
~刀H[:
o。
+(:
()}+S():
+Cr天然水中的主要离子.主要来自上壤、岩石及有关矿物。
众所周知.几乎所有钾盐、钠盐、大多数硫酸盐、金属氯化物和重碳酸盐都易溶于水。
这些盐类在自然界中分布极广,例如沉积岩特别是海成沉积岩内,常含多量NaCl、
CaS()o•2l_tzO、CaCQ、MgC()。
等.前两者可溶于水中,后二者在C():
存在时,可转变
为易溶的重碳酸盐:
Ca(:
(J。
+(:
()2+H:
()=Ca(l"
lCO。
):
MgC()。
+C()2十H:
()—Mg(HC()二)2
盐碱土中含多量NaCl、Na。
C()。
,均易溶于水。
各种长石经风化后可以形成高岭土及可溶性碳酸盐类。
例如:
Kz()•人12()o•6Si()2+2C()2+3H20——•2Kt_I[:
(J3+4Si()2+H'
人12Si20。
一些重金属硫化物经氧化风化后,也可变为易溶成分。
PbS+202一PbS();
CuFeS2+4()z—CuS()4+FeS()l
2FeSz+7()2+2H2()=2FeS()。
+2H2S()‘
天然水在不断循环运动过程中,流经各种土壤、岩石及矿物,与之接触时.上述易溶物
质溶进水中,并电离成K。
、Na。
、Ca2、M92+I-IC()“CO}Cl
一、S()?
,成为水中主要离子。
与此同时,一些水合氧化铝、水合氧化铁、水合氧化硅以及铝硅酸盐、矿物微粒也被带进水中,成为水中矿物胶体的主要来源。
水中主要离子的动态主要决定于各种非生物因素(地质、地理条件、蒸发与降水强度,结冰、融冰情况,水源补给以及物质本身的理化特点),生物影响是次要的。
其一般倾向是:
多雨潮湿地区,水中含盐量较低;
干旱地区,水中含盐量较高。
且因Caz'
、Mg"
+的碳酸盐、
硫酸盐的溶解度较小,过饱和后即行析出,故水中主要离子相比照例亦发生变化。
阳离子由Ca2+为主过渡到以Na'
为主,阴离子由HC()。
为丰过渡到以Cl'
为主。
对具体水体而言,假设水源补给以雨水或冰雪融化为主,那么含盐量较低;
假设以地下水补给为主,那么含盐量较高。
但水质情况较复杂.与当地地质条件关系极大。
受海水影响的淡水水体,含盐量显著增大。
淡水中的主要离子除HCOfC();
一外,大多为没有规律性的昼夜变化和季节变化,只是在集中降水时,表层水含盐量有所减小,强烈蒸发时,表层水含盐量有所增多。
两种情况都会导致垂直方向出现小的浓度梯度,主要离子那么沿浓度梯度方向由高向低扩散迁移•当水体流转时,梯度很快消失,分布重新均一。
一些水体,在各补给水质水源不同时,主要离子的水平分布与垂直分布也可不均一。
例如一条河流的同一断面上,河中心与有交流的沿岸,主要离子互不相同I同一湖泊、水库的不同水源入口处,主要离子常有差异。
利用这些特点,可以推测各种补给水源对水体的影响程度。
各主要离子的水化特点、规律及其对水质与养殖生产的影响,在下面分节进行讨论。
第一节主要阴离子
一、碳酸盐与I碳酸盐天然水中C();
一和HCO,这两种主要离子所成盐类前者称为。
碳酸盐〞,后者称为“重碳酸盐〞。
Coj
一、HCOf的来源主要有:
土壤、岩石中碳酸盐矿物的溶解或岩石的风化I大气中C0b的溶解
转化I有机物的分解矿化;
生物的呼吸作用l水源补给等。
‘col一的盐类,除钾、钠、铵盐易溶于水外,其他大都难溶于水。
在天然水中,真正以自由离子存在的COg—甚少,大
都以Ca2+——Co;
一、M92+——C0;
—等离子对形式存在。
HCO的盐类易溶于水.在天然水中,HCOf大都以
自由离子形式存在。
假设水中有Cu2+等副族金属离子存在,那么相当大局部Co;
一、HCO可与它们形成络合物,女口CuCOs[Cu(CO。
)。
)2一等形式。
(一)天然水体内的二氧化碳平衡系统HCO和cog一是构成水中二氧化碳平衡的重要成
分。
上述五个平衡是相互联系,相互制约的。
当它们的平衡条件都同时得到满足时,就可以建立起如图2—1所示的二氧化碳平衡系统。
假设某个平衡的平衡条件发生改变,那么二氧化碳平
衡系统被破坏,平衡那么将向某一方向移动•引起一系列改变。
例如,气态COz的溶解或逸散
I难溶碳酸盐沉淀的生成或沉淀的溶解IpH变化;
COzHCOfCo;
—的相互转变,从而影
响到水的
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