第3章 天然水的主要离子

当水中总溶解性固体进一步增大时，Mg2+就要超过 Ca2+。海水中Mg2+与Ca2+的摩尔比值为5.2，因为镁 的碳酸盐和硫酸盐的溶解度比钙高。
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Q&A
Q1 池塘中氧气的主要来源？
Q2 水呼吸耗氧？ Q3 水体中氧气日变化特点？ Q4 水体中氧气季节变化主要由什么因素引起？ Q5 构成天然水硬度的主要离子？
碱度（Alk）是反映水结合质子能力、也就是水 与强酸中和能力的一个量。
水中能结合质子的各种物质共同形成碱度。天 然水中这些物质有HCO3－、CO32－ 、OH－、 H4BO4－，以及H2PO4－、HPO42－、NH3等。 对于大多数天然水，以前面4种离子的含量为主， 其余的物质含量一般很小。
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组成水中碱度的物质可归纳为3类
①强碱：如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中能全部电 离生成OH-；
②弱碱：如NH3
③强碱弱酸盐：如各种碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、
硫化物等，水解时生产OH-。
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（二）碱度的表示单位 （1）毫摩/升（mmol/L）：1升水中含有的能结 合质子的物质的量。
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二、碱度的变化及意义
（一）碱度的变化 与水中光合作用和呼吸作用相关 2HCO3 - － CO32－＋H2O＋CO2 (1) Ca2+ + CO32－ － CaCO3↓ (2) 当光合作用>呼吸作用，平衡（1）向右移动，平 衡（2）也向右移动，生成CaCO3沉淀生成。结果是 水的碱度、硬度下降，pH值上升。 当呼吸作用>光合作用，不断有CO2产生，促使平 衡（1）、（2）均向左移动，其结果是碱度、硬度 都上升，pH值下降。
生物对于K+、Na+的需求量有差异，动物较多需
要Na＋，植物较多需要K＋。
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第四节 海水主要离子组成的恒定性
第13章第五节海水
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工业废水特别是生活污水中含大量氯化物，所以， 如果天然水体中Cl－明显增加，那表明水体可能受到 污染。 Cl－无毒，渔业用水一般不作规定。
Cl－含量增加，可大大增加一些金属盐的溶解度。
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三、钠离子和钾离子
各种天然水中普遍存在Na+，Na+在天然水中不
同条件下的含量差别十分悬殊。 天然水中K＋的含量一般远比Na+低。原因：（1） K＋容易被土壤胶粒吸附，移动性不如Na+；（2） 被植物吸收利用。
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原因：足够量的 Alk 值可促进有机悬浮物及胶体
物质的絮凝，防止缺氧和鱼病的发生；也可以中
和底质中的多余有机酸以促进微生物活动，加速 有机物分解，增强水质肥力。
水体Alk值0.1-0.3 mmol/L 生产力低； Alk值0.3-1.5 mmol/L 生产力一般； Alk值1.5-3.5 mmol/L 可能具有较高的生产力。
镁是叶绿素的成分，各种藻类都需要镁。
Ca2+、Mg2+是天然水中的主要阳离子，一般不会
成为藻类生长的限制因子
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2 Ca2+、Mg2+可作为养殖水体的水质与底质改良剂 养殖水体中足够的Ca2+、Mg2+可促进有机物絮凝 沉淀；促进固氮及其他微生物活动，加速有机质 矿化作用，加快植物无机养分的循环再生； 抑制水生生物从环境中吸收某些重金属，从而 降低其毒性，例如，Ca2+、Mg2+对Cd2+的拮抗作用，
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（四）鱼塘水的硬度 鱼塘水的硬度决定于水源水的硬度、鱼塘的塘龄，
并与日变化有关。
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（五）钙、镁离子在水产养殖中的意义 1 钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素 钙是动物骨骼、植物细胞壁的重要组成元素之一，
缺钙会引起动植物生长发育不良，特别会限制藻
类的繁殖，因此，钙是水生生态系统初级生产力 不可缺少的元素。
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第三节 硫酸根离子、氯离子、钠离子、钾离子
一、硫酸根离子 （一）天然水中的硫酸根离子 是天然水中普遍存在的阴离子，含量一般居中。 淡水中的离子含量一般为HCO3->SO42->Cl-，咸水 中则是Cl-> SO42-> HCO3-。 主要来自石膏、天然硫与含硫矿物氧化 。
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（二）硫酸根离子的生态学意义
构成天然水硬度的主要离子是Ca2+和Mg2＋，一
般都以Ca2+和Mg2＋离子的含量来计算硬度。
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（二）水硬度的表示单位
（1）毫摩/升（mmol/L）：1升水中含有的形成硬 度离子的物质的量之和来表示。
（2）毫克/升(CaCO3)：1升水中含有的形成硬度的 离子的量所相当的CaCO3的质量，符号为mg/L （CaCO3）。 （3）德国度（ °HG）：将水中的Ca2+和Mg2＋含量 换算为相当的CaO量后，1升水中含10mg CaO为1 德国度（°HG）。德国、原苏联各国和我国常采用。 1mmol/L＝2.804 ° HG＝50.05mg/L（CaCO3）
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（二）碱度与水产养殖的关系 1 降低重金属的毒性（重金属与生石灰） 2 调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值 Ca2+ + 2HCO3－ － CaCO3↓＋H2O＋CO2 3 碱度过高对养殖生物的毒害作用 4 养殖用水碱度的适宜量以1～3mmol/L较好。四大
家鱼养殖用水碱度的危险指标是10mmol/L。
2015/3/24
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（三）天然水的硬度 根据形成硬度的离子不同，可分为钙硬度、镁硬 度等。 根据水中与硬度共存的阴离子的组成，可将硬度 分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度是指水中与HCO3－及CO32－所对应的 硬度。这种硬度在水加热煮沸后，绝大部分可以 因生成CaCO3↓而除去，故又称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度是对应于硫酸盐和氯化物的硬度， 即由钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬度。它们用 一般煮沸的方法不能从水中除去，所以又称为永 久硬度。
第 3章
天然水的主要离子
王燕 华南农业大学动物科学学院
主要内容
第一节 水的硬度及钙镁离子
第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
第三节 硫酸根、氯、钠、钾离子 第四节 海水主要离子组成的恒定性
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第一节 水的硬度及钙镁离子
一、水硬度的概念及表示单位 （一）水硬度的概念 硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和， 主要包括Ca2+、Mg2＋、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等。
可大大缓解Cd2+对一些鱼类的毒性。
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3 钙、镁离子可增加水的缓冲性 故一定的硬度，可以使水具有较好的缓冲性， 即具有较好的保持pH的能力（原理第四章介绍）。 4 水中钙、镁离子比例，对海水鱼、虾、贝的存活
有重要影响（如罗氏沼虾、中华绒螯蟹）。
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第二节 水的碱度
一、碱度的组成及表示单位 （一）碱度的组成
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二、天然水的硬度和Ca2+、Mg2＋
（一）Ca2+ Ca2+是天然水中最重要的离子。参与水中的 溶解平衡与吸附平衡。如养鱼池水中存在： Ca2+＋2HCO3－ － CaCO3 ↓ + H2O+CO2
钙的来源主要有含石膏地层中CaSO4· 2H2O的
溶解，及白云石CaCO3· MgCO3，方解石CaCO3
在水中CO2作用下的溶解等。
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（二）Mg2＋
镁在天然水中居阳离子的第二位。天然水中Ca2+ 与Mg2+含量的比例关系:
当总溶解性固体低于500mg/L时，Ca2+与Mg2+摩尔 比值为4:1到2:1, 这与地壳中钙的丰度大于镁有关。 当总溶解性固体大于1000mg/L时，比值为2:1到1:1。
1 S是藻类生长必需元素之一，藻类可通过吸收利
用SO42-来满足对S的全部需要。
2 SO42-的动态与微生物活动密切相关
3 水体缺氧时，SO42-可在硫酸盐还原菌作用下被还
原为H2S，而H2S对水生生物有强烈毒性。
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二、氯离子
Cl－在天然水中分布广泛，几乎所有的水中都存在
Cl－，但含量差别很大。 沉积岩中巨大的食盐矿床是水中Cl－的主要来源。