第二章 水環(huán)境基本理論

1、.,第二章 水環(huán)境基本理論,安曉萍 內蒙古農業(yè)大學 動物科學學院,.,第一節(jié) 天然水的化學組成及其特征 第二節(jié) 天然水的含鹽量及分類 第三節(jié) 天然水環(huán)境主要物理性質,.,第一節(jié) 天然水的化學組成及其特征,一、天然水的組成與特性,二、海水常量成分恒定性原理,.,一、天然水的組成與特性,純水的結構與異常特性,一、天然水的組成與特性,.,關于水最大密度時的溫度特性,當冰開始熔化成水時，冰的疏松的三維氫鍵結構中約有15氫鍵斷裂，晶體結構崩潰，體積縮小而密度增大。如果有更多熱能輸入體系，將引起： 更多氫鍵破裂，結構進一步分崩離析，密度進一步增大； 體系溫度升高，分子動能增加，由于分子振動加劇，而每一分子

2、占據更大體積空間，這一因素又使密度趨于減小。 上述兩因素隨溫度升高而相互消長的結果，使純水在3.98時有最大密度。這種情況對水生生物的越冬具有特別重要的意義。,.,天然水的化學組成,常量元素 溶解氣體 營養(yǎng)元素 有機物質 微量元素 有毒物質,.,常量元素,陽離子：Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+ 陰離子：Cl-、SO42-、HCO3-（CO32-）、Br-、H3BO3、F- 海水中常量成分占海水中溶解鹽類的99.8%99.9%， 而且它們在海水中含量的大小有一定的順序， 其比例幾乎不變。,常量成分是決定天然水體物理化學特性的最重要因素：如CO32-、HCO3-對維持水體的pH具有重要

3、的意義。 常量成分在水中以多種形態(tài)存在，如海水中常量成分多以自由離子或離子對存在，少量以絡離子存在。,淡水八大離子： K+、Na+、Ca2+、Mg2+ HCO3-、CO32-、SO42-、Cl- 淡水中常量成分占水體溶解鹽類總量的90%以上。,.,溶解氣體,天然水中溶有大氣中所含有的各種氣體，除了N2、O2、CO2外，還有惰性氣體He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn也都能在水體中找到。海水中也含有少量H2，在水交換較差的湖底及某些海區(qū)或孤立的海盆中有時也有游離的H2S存在。 對于部分受污染地區(qū)，水中可能還溶有該地區(qū)的污染氣體（如硫氧化物、氮氧化物等）。,溶解氧,溶解二氧化碳,溶解氣體的含量與水的

4、溫度、水中動物代謝活動有關，其含量有明顯的晝夜、季節(jié)、周年變化特點和顯著的水層差異。,.,營養(yǎng)元素,主要包括與水生生物生長有關的一些元素，如N、P、Si等。 營養(yǎng)元素多以復雜的離子形式或以有機物的形式存在于水體中，在水中含量通常較低，受生物影響較大，有時又稱為“非保守成分”或“生物制約元素”。,.,有機物質,水體中的有機物可分為顆粒態(tài)有機物和溶解態(tài)有機物兩大類。 有機物在水體中的含量較低，通常是無機成分的萬分之一，一般1升水中僅幾毫克。 有機物成分復雜，種類繁多。包括糖類、脂肪、蛋白質及降解有機物等。 有機物對水質及水生生物有著多方面錯綜復雜的影響，適量有機物的存在是使水質維持一定肥力的重要條

5、件，而過量有機物的存在將會使水質惡化、魚病蔓延。,.,微量物質,除了常量元素和營養(yǎng)元素以外的其他元素（如同位素等），都包括在這一類中。 微量元素種類繁多，總量卻非常少，僅占總含鹽量的0.1%左右。 微量元素中的Fe、Mn、Cu等與生物的生長有著密切的關系，稱為“微量營養(yǎng)元素”。,.,有毒物質,天然水中的有毒物質，按其來源或產生方式的不同大體可分為兩類： 一類是來自工農業(yè)生產以及日常生活排放的廢物，即所謂污染物質，主要包括有機物、油類、農藥及重金屬離子等等。 一類是指由于水體內部物質循環(huán)失調而生成并積累的毒物，如硫化氫、氨、低級胺類、高濃度CO2及赤潮生物的有毒分泌物等。 有毒物質在濃度較低時就

6、會對水生生物產生毒性作用，并破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡；其毒性的大小與該物質的存在形式有關，并受到多種水體物理化學性質的影響。,.,天然水的主要化學特性,十大特性,（1）天然水是一個多組分、多相的運動變化著的混合體系 （2）不同形態(tài)的天然水含鹽量懸殊 （3）天然水都具有一定的酸堿性 （4）天然水都具有一定的緩沖能力 （5）天然水都具有一定的硬度和堿度 （6）天然水都具有一定的氧化還原能力 （7）天然水都具有水生生物生長所需的營養(yǎng)元素 （8）天然水都具有水生生物呼吸作用所需的O2和光合作用所需的二氧化碳CO2 （9）天然水都具有一定的自凈能力 （10）海水常量成分具有恒定性的特點,.,二、海水常量成分恒

7、定性原理,1819年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑海、波羅的海、中國海和白海等多處海水水樣后，提出了“全世界一切海水水樣，都含有同樣種類的成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別”。 Dittmar 從“HMSChallenger”號調查船在環(huán)球航行所采集的77個水樣分析中也證實了Marcet結論的正確性。,不論海水中溶解鹽類的濃度大小如何，其常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定。 這一結論被稱為“海水常量成分恒定性原理”、“主要成分恒比關系原理”、“海水組成的恒定性原理”、“Marcet原理”和“Dittmar定律”。,.,.,.,.,河 口 區(qū) ？,.,混合作用大洋海水通過

8、環(huán)流、潮流、垂直流等運動，連續(xù)不斷地進行混合。 體積巨大海水體積極大，它所擁有的多種成分的總量也十分巨大，外界的影響（如大陸徑流等）很難使其相對組成發(fā)生明顯的變化。即使海水的蒸發(fā)以及大氣降水，也只能使海水的濃度在局部區(qū)域增加或減少，但對于主要成分相對比例的影響是極微小的。,成 因,.,在一定的溫度及壓力條件下，海水的一系列物理化學性質主要決定于海水的總含鹽量。由于海水常量成分具有恒定性的特點，海水的總含鹽量就可由測定某一主要成分而間接求出； 海水的物理化學性質于海水某一主要成分之間也存在著定量關系，例如海水化學中涉及的許多經驗公式，都是通過海水的氯度來確定的，從而為海洋科學工作提供了方便。,意

9、義,.,（1）海水養(yǎng)殖（包括育苗）中主要成分的測定； （2）海水配方的研制。,對于指導養(yǎng)殖生產具有十分重要的意義,【11種常用人工海水配方】,.,天然水的許多物理化學性質，如電導率、依數(shù)性、無機物的溶解度以及它們對水生生物生命活動的影響等等都與實際的溶存形式有關。,主要離子存在形式,自由離子,離子對,絡合離子,.,.,.,.,課后習題,.,第二節(jié) 天然水的含鹽量及分類,一、天然水含鹽量的表示方法,二、含鹽量對水產養(yǎng)殖的影響,三、天然水的化學分類法,.,一、天然水含鹽量的表示方法,總含鹽量,離子總量,礦化度,鹽度,氯度,天然水中各種離子的含量之和。,天然水中主要離子成分含量的總和即離子總量。常用

10、mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。,礦化度也是反映水中含鹽量的一個指標，是指“蒸干稱重法得到的無機礦物成分的總量”。測定時要用過氧化氫氧化水中可能含有的有機物，在105-110烘干剩余的殘渣至恒重，然后稱重。,P15,.,.,與含鹽量有密切關系的水質參數(shù)還有許多，比如海水的折光率、海水的密度等都與海水含鹽量有密切關系，因而市場上設計生產了海水光學鹽度計，海水密度計（比重計）等，用它們間接反應天然水鹽度的狀況，只是準確度較差。,.,.,S=1.81578Cl,S=1.005109S,離子總量、礦化度概念較多用來反映內陸水的含鹽量；鹽度、氯度則是反映海水含鹽量的參數(shù)。 氯度在內

11、陸水中不使用，因為對于內陸水，它與含鹽量沒有一定關系。在涉及內陸水含鹽量的文獻中，也?？梢姷健胞}度”這個術語，從上、下文中分析，有的作者指的是離子總量、有的作者指的是礦化度，并不是指海洋學上的鹽度概念。,.,.,二、含鹽量對水產養(yǎng)殖的影響,不同生物的耐鹽性不同,生物的不同生長階段的耐鹽性不同,生物的耐鹽性與其它環(huán)境因子有關,大量舉例,P19,.,P22,.,按主要離子成分的分類,分類：碳酸鹽類、硫酸鹽類、氯化物類,分組：鈉組、鎂組、鈣組,分型：型、型、型、型,.,.,課堂分析,.,黃河中游 長江 密西西比河 科羅拉多河 水質類型 尼羅河 安大略湖 巢湖,課后習題,P363,.,第三節(jié) 天然水環(huán)

12、境主要物理性質,一、天然水的光學特性,二、天然水的電導率,三、天然水的依數(shù)性,四、天然水的分層特點,.,透明度盤是采用黑白的油漆涂成黑白相間的金屬圓盤制成。圓盤中央拴一根有深度標記的軟繩（此繩應不易伸長）。測定時將圓盤沉入水中，在不受陽光直射條件下，圓盤剛剛看不見的深度，即為透明度。,一、天然水的光學特性,光線在水中的反射、吸收與折射,透明度與補償深度,有機物的分解速率等于合成速率的 水層深度稱為補償深度。,.,光照與水生生物的關系,光照強度對水生動物攝食的影響 光周期對水生動物攝食的影響 光譜成分對水生動物攝食的影響 光周期對動物生長、發(fā)育和存活率的影響,大量舉例,.,.,.,三、天然水的依數(shù)性,稀溶液的一個重要特性是其依數(shù)性，即稀溶液蒸氣