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。

100总碱度（1）

水体中的碱度来源于空气二氧化碳和溶解的碳酸盐矿物（主要来自石灰石和白云石）。

我们假设在大气中水蒸气刚形成水滴时，水是纯的，有部分水分子电离：

H2O → H + OH

并且[H][OH] = kW（kW≈10^-14）

则水中只有H离子和OH离子，并且：

[H]=[OH]，

（很明显，[H]=kW^1/2，所以纯水的pH是中性的，-logH = -1/2 logkW = 7)

当雨水与空气中的二氧化碳接触后，二氧化碳溶解于水中，部分二氧化碳与水结合产生水合二氧化碳，即碳酸，碳酸水解产生碳酸氢根和H离子，碳酸氢根再水解产生碳酸根和H离子（碳酸体系向右移）：

CO2 + H2O → H2CO3 → H + HCO3 → 2H + CO3

则此时水中除了H离子和OH离子外，还有HCO3和CO3离子，并且：

[H]= [HCO3] + 2[CO3] + [OH]

很明显，[H]大于[OH]，所以雨水偏酸。此时水体中的溶解无机碳浓度为二氧化碳的溶解度，即[DIC] = [CO2] + [HCO3] + [CO3]，而此时总碱度，[TA] = [HCO3]+ 2[CO3] + [OH] - [H] = 0。

当雨水落到地面，与石灰石（碳酸钙，CaCO3）接触，水体中的碳酸会溶解石灰石：

CaCO3 + HCO3 → Ca+ 2HCO3

与白云石 [碳酸钙，CaMg(CO3)2]接触，同样，水体中的碳酸会溶解白云石：

CaMg(CO3)2 + 2HCO3 → Ca+ Mg + 4HCO3

此时水体中则有

[H] + 2[Ca] + 2[Mg] = [HCO3] + 2[CO3] + [OH]

很明显，在天然水体中，有硬度（钙+镁）才有碱度，并且2[Ca] + 2[Mg] ≈ [HCO3] + 2[CO3]，即总碱度约等于总硬度。此外，随着水体中 [HCO3] 和[CO3]的增加，碳酸平衡体系往左移：

2H + CO3 → H + HCO3 → H2CO3 → CO2↑ + H2O

导致水体中 [HCO3] + 2[CO3] < 2[Ca] + 2[Mg]，引起 [OH]增加，使得[OH]大于[H]，即随着总碱度的上升，pH逐步增加而致使水体呈弱碱性。

因此，天然无污染的水体具有一定的总碱度，并且总碱度约等于总硬度以及呈弱碱性的特征。

101总碱度（2）

天然水体由于水所接触的矿物质种类很复杂且多样化，因此，水的组成也是很复杂和多样化的。想简单地说明很困难。因此，我们可以简化一下，用一个简单的模型来说明水体中总碱度的大致范围。

假设我们在烧杯中装入蒸馏水，再加入碳酸钙粉末，在开放的条件下不断搅拌，使碳酸钙溶解，那么，最终的总碱度是多少？（实验装置如下图，温度为25℃，假设大气二氧化碳浓度为400ppm，且不限时间）

当反应达到平衡时，有：

[H] + 2[Ca] =[HCO3] + 2[CO3] + [OH]

且：

[Ca][CO3] =kSP(CaCO3)

通过模拟计算，我们可以得到如下的理论数据：

平衡时，碳酸钙达到饱和，钙硬度约为50毫克碳酸钙/升

在本系统中总碱度等于钙硬度，即总碱度接近50毫克碳酸钙/升；

总无机碳（DIC)接近 1 毫摩尔/升；

请注意当钙硬度等于0时，DIC非常小，说明没有阳离子的存在，二氧化碳的溶解度非常低，水体中溶解的无机碳非常有限。

pH 从二氧化碳饱和的蒸馏水的5.65上升到碳酸钙饱和的接近8.2；

从上面的数据可以看出，二氧化碳饱和的纯水是很酸的，但少量的碳酸钙就可以大幅度改善水体的可养殖属性。当然，天然水体要比这“纯水”复杂得多，尽管如此，水的活度高的水体硬度和碱度都不会很高，因为在水的活度高的情况下，碳酸钙的溶解度积很小。

102总碱度（3）

由于碳酸钙的溶解度积很小，所以，当水体中只有钙硬度时，限制了碱度的提高。因此，添加非钙硬度，通常为镁硬度，可以进一步提高总碱度。

假设我们在烧杯中装入蒸馏水，再加入碳酸钙镁粉末代替碳酸钙粉，在开放的条件下不断搅拌，使碳酸钙镁溶解，理论上我们可以得到如下结果：

平衡时，钙硬度从碳酸钙粉的接近50毫克碳酸钙/升降低到碳酸钙镁粉接近40毫克碳酸钙/升；

钙的降低为总碱度的提高留下空间。虽然钙硬度降低，但总硬度提高。因为碳酸钙镁中含有与钙等当量的镁。总硬度为钙硬度的两倍。

总碱度由碳酸钙粉的接近50毫克碳酸钙/升增加到碳酸钙镁粉接近80毫克碳酸钙/升；

总无机碳由碳酸钙粉的接近 1 毫摩尔/升上升到碳酸钙镁粉的 1.5 毫摩尔/升。

pH与碳酸钙粉大致相同：

说明用碳酸钙镁（白云石粉）改良池塘环境对pH的影响与碳酸钙差不多。

因此，在钙能满足养殖动物作为生理机能需要的前提下，适当提高镁硬度可以有效地提高池塘的总碱度和总硬度。

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