三、水质指标

三、水质指标

作为一个从事水产养殖的工作者而言，有一些水质指标是必须熟悉的，如pH和碱度、盐度和硬度、温度、溶解氧、营养盐（包括氮、磷、硅等），因为这些指标直接影响养殖水环境和养殖生物的健康生长。由于水质指标无法用肉眼观察判断，只能借助仪器工具进行测试，因此水产养殖者必须掌握对各类水质指标的测试方法，并且了解测试结果所代表的意义，犹如医生拿到化学检验结果后，能判断此人是否健康一样。

（一）pH

pH是氢离子浓度指数，是指溶液中氢离子的总数和总物质量的比，表示溶液酸性或碱性的数值，用所含氢离子浓度的常用对数的负值来表示，pH=-lg[H+]，或者是[H+]=10-pH。如果某溶液所含氢离子的浓度为0.000 01 mol/L，它的氢离子浓度指数（pH）就是5，与其相反，如果某溶液的氢离子浓度指数为5，他的氢离子浓度为0.000 01 mol/L。

氢离子浓度指数（pH）一般在0～14之间，在常温下（25 ℃时），当它为7时溶液呈中性，小于7时呈酸性，值越小，酸性越强；大于7时呈碱性，值越大，碱性越强。

纯水25 ℃时，pH为7，即[H+]=10-7，pH=7，此时，水溶液中H+或OH-的浓度为10-7。

许多水体都是偏酸性的，其原因为环境中存在酸性物质，如土壤中存在偏酸物质，水生植物、浮游生物以及红树林对二氧化碳的积累等都可能使水体pH小于7。有的水体受到硫酸等强酸的影响，pH甚至可能低于4，在如此酸性的水体中，无论植物、动物都无法生长。

养殖池塘中水体偏酸可以通过人工调控予以中和，最简便的方法就是在水中加生石灰。但这种调节不可能一次奏效，一个养殖周期，可能需要几次。实际操作过程中要通过检测水的pH来决定。

（二）碱度

养殖池塘水体也可能发生偏碱性，虽然发生频率比偏酸性要少得多。鱼类不能生活在pH超过11的水质中，水质过分偏碱性，也可以人为调控，常用的有硫酸铵[（NH4）2S04]，但过量使用硫酸铵会导致氨氮浓度的上升。因为在偏碱性水体中，氨常以NH3分子，而不是以离子形式存在于水中而NH3分子的毒性远高于离子。

碱度是指水中能中和H+的阴离子浓度。是水中最主要的两种能与阳离子H+进行中和的阴离子，统称碳酸碱。碱度会影响一些化合物在水中的作用，如CuSO4在低碱性水中毒性更强。

（三）缓冲系统

与其他溶解于水中的气体不同，二氧化碳进入水中后与水发生反应，形成了一个与大多数动物血液中相似的缓冲系统。首先，二氧化碳溶于水后，与水结合形成碳酸，然后部分碳酸发生离解产生碳酸氢根离子，进一步碳酸氢离子发生离解产生碳酸根离子：

CO2+H2O⇌H2CO3

在上述缓冲系统中，若pH为6.5～10.5时，系统中为主要离子；pH小于6.5时，H2CO3为主要成分；而pH大于10.5时，则为主要离子。这一缓冲系统可以有效保持水体稳定，防止水中H+浓度的急剧变化。在一个pH为7的系统中添加碱性物质，则系统中的碳酸氢根离子就会离解形成H+离子和碳酸根离子以保持pH的稳定。相反，如果添加酸性物质，则反应向另一个方向发展，碳酸氢根离子会与H+离子结合，形成碳酸以保持水体酸碱稳定。

在一个养殖池塘中，白天由于浮游植物进行光合作用，需要消耗溶于水中的二氧化碳，缓冲系统的反应就朝形成H2CO3方向发展，水中pH就会升高，水体呈碱性。反之，在夜晚，光合作用停止，水中二氧化碳增加，反应朝相反方向发展，pH降低，水体呈酸性。

（四）硬度

硬度主要是研究淡水时所用的一个指标。自然界的水几乎没有纯水，其中或多或少总有一些化合物溶解其中。硬度和盐度是两个密切相关的词，表达溶解水中的物质。

硬度最初的定义是指淡水沉淀肥皂的能力，主要是水中Ca2+和Mg2+的作用，其他一些金属元素和H+也起一些作用。现在硬度仅指钙离子和镁离子的总浓度，表示1 L水中所含有的碳酸盐浓度。从硬度来分，普通淡水可分为四个等级：①软水：0～55×10-6；②轻度硬水：56×10-6～100×10-6；③中度硬水：101×10-6～200×10-6；④重度硬水：201×10-6～500×10-6。

Ca2+在鱼类骨骼、甲壳动物外壳组成和鱼卵孵化等中起作用。有些海洋鱼类如鲯鳅属在无钙海水中不能孵化。而软水也不利于养殖甲壳动物，因为在软水中，钙浓度较低，甲壳动物外壳会因钙的不足而较薄，不利于抵抗外界不良环境因子的影响。镁离子在卵的孵化、精子活化等过程中有重要作用，尤其是在孵化前后的短时间内，精子活化作用尤为明显。

（五）盐度

盐度是研究海水或盐湖水所用的水质指标。完整的定义为：1 kg海水在氯化物和溴化物被等量的氯取代后所溶解的无机物的克数。正常的大洋海水盐度为35。

盐度对海洋生物影响很大，各种生物对盐的适应性也不尽相同，有广盐性、狭盐性之分。一般生活在河口港湾、近海的种类为广盐性，生活在外海的种类为狭盐性。绝大多数海水养殖在近海表层进行，这一区域的海水盐度一般较大洋海水低，盐度范围多为28～32。

在水体养殖中，可通过在养殖水中添加淡水来降低盐度，也可以通过加海盐或高盐海水（经过蒸发形成的）来升高盐度。对于一些广盐性的养殖种类，人们可以通过调节盐度来防止敌害生物的侵袭。如卤虫是一种具有强大渗透压调节能力的动物，可以生活在盐度大于60的海水中，在这样的水环境中，几乎没有其他动物可以生存了，从而有效地避免了被捕食的危险。

（六）溶解氧

溶解氧是指溶解于水中的氧的浓度。我们空气中氧的含量约占21%，但在水中，氧的含量却很低。正常溶解氧水平为6～8 mg/L，低于4 mg/L则属于低水平，高于8 mg/L则属于过饱和状态。水中的氧含量与温度、盐度等有关，温度、盐度越高，水中溶解氧含量越低。正常情况下淡水的溶解氧浓度比海水稍高。另外，水中溶解氧水平还与水是否流动、风以及水与空气接触面积大小等物理因素也有关。

所有水生生物都需依赖水中的氧气存活。高等水生植物和浮游植物在白天能利用太阳光和二氧化碳进行光合作用制造氧气，但它们同时又需要从水中或空气中呼吸得到氧气，即使夜晚光合作用停止，呼吸作用也不停止。因此如果养殖池中生物量很丰富，一天24 h溶氧的变化会很剧烈，下午2：00—3：00经常处于过饱和状态，而天亮之前往往最低，容易造成缺氧。

鱼类以及比较高等的无脊椎动物都具有比较完善的呼吸氧的器官—鳃，鳃组织很薄，表面积大，以利于氧和二氧化碳在鳃组织内外交换。水中氧渗透进血液或淋巴后，通过血红蛋白或其他色素细胞输送至身体各部。因此，鳃是十分重要的器官，也极易受到各种病原体的感染。

溶解氧是水产养殖中最重要的水质指标之一，如何方便、快速、准确地检测这一指标也是所有水产养殖业者所关心的，从早先的化学滴定法到现如今的电子自动测试仪，都在不断地改进。化学滴定准确，但费时费力，而电子溶氧测试仪方便、快速，但仪器不够稳定，且容易出现误差。随着仪器性能的不断改进，溶解氧自动测试仪使用范围越来越广，尤其对于检测不同水深溶解氧状况，自动测试仪的长处更明显，而对于夏季水体分层的养殖池塘来说，第一时间掌握底层水溶解氧状况是每一个养殖业者最为关心的。

在自然水环境中，溶解氧水平足够维持水中生物的生存，然而在养殖水环境中，溶解氧不足这一矛盾却十分突出，其原因主要如下：（1）高密度养殖的生物所需；（2）分解水中废物（剩饵、粪便）的微生物所需；（3）浮游植物、大型藻类及水生植物所需。

我们把上述原因对氧的消耗称为生物耗氧量，是指水中动物、植物及微生物对氧的需求量。生物耗氧量高是水产养殖的常态，解决溶解氧缺乏的办法有直接换水、机械增氧以及化学增氧等，其中机械增氧是最常用、便捷、有效的方法。增氧机的工作原理是增加水和空气的接触，促使空气中的氧溶于水中。能否有效达到增氧效果，不仅取决于水体本身的理化状态（温度、盐度等），更主要的是与以下几项因子有关：（1）与进入水中气体的量以及气体的含氧量有关，气体进入越多，气体含氧量越高，增氧效果越好。（2）与气、水接触的表面积有关，1 L空气产生10 000个微泡比产生10个大泡有更大的表面积，也就更利于氧气融入水中。（3）与水体本身溶解氧浓度有关，水体溶解氧越低，增氧效果越明显。

化学增氧通常是在养殖池塘发生严重缺氧的情况下偶尔使用，常用的是Ca（OH）2、CaO、KMnO4等，主要目的是氧化有机物、降低其对氧的消耗。

通常一个养殖池塘中，溶解氧的分布并不均匀，由于温跃层的存在，通常是表层高，底部低。这是因为表层水与空气接触更容易，而且光合作用也主要在水表层进行，而细菌的耗氧分解恰恰又发生在底部水层。另外，养殖动物往往会聚集在池塘底部某一区域，这样也很容易造成局部区域缺氧。

水产养殖对溶解氧的要求一般高于5 mg/L，然而各种生物对溶氧的需求不尽相同，鲑鳟鱼类要求高，而泥鳅很低。同一种生物对溶解氧的需求又因个体大小，温度及其他环境条件不同而差异很大。如一种原鳌虾，其半致死量LC50在9～12 mm，幼体时是0.75～1.1 mg/L，而在31～35 mm大小时，则降低到0.5 mg/L。

如果要建立一个数学模型来预测水中溶解氧昼夜变化规律，需要考虑的因素很多，如温度、生物量、细菌和浮游生物活动、水交换、水和底质的组成、空气中氧的溶入等。

（七）温度

温度是水产养殖中另一个十分关键的指标，几乎所有的水产养殖对象，在生产开始前，首先需弄清楚它们适应在什么温度条件下生长繁殖。

可以说几乎所有的水生生物都属于冷血动物，其实这种表述也不完全正确。所谓的冷血动物虽然不能像鸟类和哺乳类一样能够调节身体体温，保持相对稳定，它们仍能通过某些生理机制或行为机制来维持某种程度的温度稳定，如趋光适应、迁移适应、动脉静脉之间的逆向热交换等。在过去的几十年里，冷血动物和温血动物的界限似乎已变得不那么明显了。

尽管一些水生动物具有部分调控体温的能力，但水产养殖者还是希望为养殖对象提供一个最适生长温度，使它们体内的能量可以最大限度地用于生长，而不是仅仅为了生存。最适温度意味着生物的能量可以最大限度地用于组织增长。最适温度与其他环境因子也有一定的关系，如盐度、溶解氧不同，最适温度会有一定差异。在实际生产中，养殖者一般选择适宜温度的低限，以利于防止高温条件下微生物的快速繁殖。

最适温度基于生物体内酶的反应活力。在最适温度条件下，生物体内的酶最活跃、生物对食物的吸收、消化率最佳。虽然检测养殖动物生长如何，需要有个过程，但要了解温度是否适宜，体内酶反应是否活跃，可以从动物的某些行为状况进行判断。如贻贝其适温为15 ℃～25 ℃，在此温度范围内，贻贝滤食正常，而超过或低于此温度，其滤食率显著下降，而在这种不适宜的温度条件下，经过一段时间的养殖，其个体就会表现出来生长缓慢。

低于适温，生物体内酶活力下降，新陈代谢变慢，生长速度降低。如果温度突然大幅度下降会导致生物死亡。有时低温条件下，生物新陈代谢降低也有利于水产养殖的一面。如低温保存的作用，冷冻胚胎、孢子、精液等。温度的突然显著升高同样是致命的。一方面由于迅速上升的温度会导致池塘养殖动物集体加快新陈代谢，增加BOD，导致缺氧情况发生；其次是过高的温度会导致生物体内酶调节机制失控，反应失常；另外高温也容易导致养殖水体中病原体繁殖，疾病发生。显然细菌等病原比养殖动物更能适应温度的剧变。但控制得好，适当升温也有正面作用，如生长速度加快，即使冷水动物也如此。比如美洲龙虾、高白鲑等水生生物自然生活在冷水水域，但将其移植到温水区域养殖，也能存活，而且生长加快。鳕鱼卵，15～90天孵化都属正常，温度高，孵化就快。

与盐度相似，动物对温度的适应也可以分为广温性和狭温性。一般近岸沿海以及内陆水域的生物多为广温性，而大洋中心和海洋深层种类多为狭温性。生物栖息环境变化越大，其适应温度范围就越广。

（八）营养元素

营养元素指的是水中能被水生植物直接利用的元素，如氮、磷等，这类容易被水生植物和浮游植物耗尽从而限制它们继续生长繁殖的元素也称限制性营养元素。通常在海水中，控制植物生长的主要是氮，而在淡水中则是磷。这些限制性营养元素被利用，必须是以一种合适的分子或离子形式存在，且浓度适宜，否则反而有毒害作用。

1.氮（N）

氮是参与有机体的主要化学反应、组成氨基酸、构建蛋白质的重要元素。它的存在形式可为氨（NH3）、铵硝酸氮亚硝酸氮有机氮以及氮气（N2）等。从水产养殖角度看，能作为营养元素被利用的主要是前3种，尽管亚硝酸氮和有机氮也能被一些植物所利用，但是只能被少数青绀菌和陆生植物的根瘤菌直接利用。

在养殖池塘中，有一个自然形成的氮循环，即有机氮被逐步转化为水生植物可直接利用的无机氮。这是一个复杂的循环，影响因子很多，如植物（生产者）、细菌或真菌（消费者）以及其他理化因子（如溶解氧、温度、pH、盐度）等。

上述含氮化合物浓度过高对生物尤其动物有毒害作用，其中氨氮的毒性最强。而铵的毒性相对较低。氨氮和铵在水中处于一个动态平衡之中其反应方向主要取决于pH。pH越低，水中H+离子越多（偏酸），反应就朝形成方向发展，对生物的毒性越小，反之则反。温度上升，的比例上升，毒性增强。而盐度上升，这一比例下降。但温度和盐度对氨氮和铵的比例影响远不如pH。不同种类的生物对NH3的敏感性不同，而且同一种类不同发育期的敏感性也不一样，如虹鳟的带囊仔鱼和高龄成鱼比幼鱼对氨氮敏感得多。另外，环境胁迫也会增强生物对氨氮的敏感度。如虹蹲稚鱼在溶解氧5 mg/L的水质条件下对氨氮的忍耐性要比在8 mg/L条件下低30%。

NH3被氧化为后毒性就小得多，进一步氧化为毒性就更小。一般在水产养殖中，这两种物质的含量不大会超标，对于它们的毒性考虑得较少，但并非无害。过高的易导致藻类大量繁殖，形成水华。而能使鱼类血液中的血红蛋白氧化形成正铁血红蛋白，从而降低血红蛋白结合运输O2的功能。鱼类长期处于亚硝酸氮过高的环境中，更容易感染病原菌。

2.磷（P）

磷同样是植物生长的一个关键营养元素，通常以中的浓度要比氮低，需求量也较低。磷和氮类似，一般在冷水、深水区域含量高，而在生产力高的温水区域，植物可直接利用的自由磷含量较低。更多的是存在于植物和动物体内的有机磷。与氮一样，自然水域中也存在一个磷循环，植物吸收无机磷，固定成有机分子，然后又通过细菌、真菌转化为磷酸盐。的形式存在。磷在水

有些有机磷农药剧毒，其分子结构中有磷的存在，但磷酸盐一般不会直接危害养殖生物。最容易产生问题的是如果某一水体氮含量过低，处于限制性状态，而磷酸盐浓度过高时，能激发水中可以直接利用N2繁殖的青绀菌（又称蓝绿藻）大量繁殖，在水体中占绝对优势，从而排斥其他藻类，形成水华（赤潮）。这种水华往往在维持一段短暂旺盛后，会突然崩溃死亡，分解释放大量毒素，并且造成局部严重缺氧状态，直接危害养殖生物。

表面上看，氮、磷浓度升高，只要比例适当，不会有什么危害，也就是导致水中初级生产力增加而已，其实问题不仅如此。因为水中植物过多，在夜晚光合作用停止时，植物不再制造氧气，要消耗大量氧气，致使水中溶解氧大幅下降，直接危害养殖生物。而白天则因光合作用过多消耗水中的二氧化碳，使水体酸性减弱，碱性增强，离子更多地转化为NH3分子，增强了氨氮对生物的毒性。

3.其他营养元素

在自然水域中，磷、氮为主要限制性营养元素，而在养殖水域中，若磷、氮含量充足，不再成为限制性因素，其他元素或物质可能成限制性因素了，如K、CO2、Si、维生素等。缺K可以添加K2O，使用石灰可以提升二氧化碳浓度。在正常水域中硅的含量是充足的，但遇上某水体硅藻大量繁殖，则硅也会成为限制性因素，一般可以通过加Si（OH）4来改善。一些无机或有机分子如维生素也同样可能成为限制性营养元素。