水产养殖池塘含有各种溶解固体(颗粒)和悬浮固体(颗粒)。
在水产养殖当,物质分为固体、液体和气体,水体是主要的液体,它也是固体、气体藏身的地方。水中气体的测量方法与固体气体不同,因此必须分开进行测。
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一、溶解固体和悬浮固体的区别
溶解固体和悬浮固体在水产养殖生产系统中起着重要的作用,并且与池塘水质和池塘底质密切相关。
与其他类型的物质一样,固体是由粒子组成的,最基本的粒子是质子、中子、电子和更小的实体(原子)。但是,在实际应用中,粒子一词更广泛地定义为某种物质的一小部分,例如,一粒有机物或一粒土壤。当然,该术语还延伸到溶解在水中的原子、离子、离子复合物和分子,以及矿质土壤颗粒、活细菌和浮游生物,以及悬浮在水中的有机物的无生命碎片。
悬浮固体由于密度低、颗粒小,颗粒沉降缓慢,所以会悬浮在水中,同时水体的流动也有助于它们保持悬浮的状态。
溶解固体明显小于悬浮粒子,主要由原子、离子、络合离子和分子组成。溶解固体与悬浮固体没有十分精确的尺寸区分。在水质分析中,最大尺寸小于2微米 (mm) 或0.000001米的颗粒被认为是溶解固体。因此,一般来说,固体通过具有2毫米孔径的过滤器时,通过过滤器的颗粒是溶解固体,而保留在过滤器上的颗粒是悬浮固体。
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二、固体的分类与判定
水中的固体是用一种相当复杂的方法分类的,总固体(TS)的测定方法是一定温度下蒸发至恒重,确定残留物的重量并将其表示为重量/体积(通常为毫克/升)来确定的。总固体包括:溶解固体和悬浮固体。
总固体当中,能在高温的情况之下挥发的固体,这部分固体称为总挥发性固体(TVS),总挥发性固体包括溶解固体和悬浮固体,而残留下来的固体,有被称为总固定固体(TFS)。
总溶解固体 (TDS) 浓度的测定方法是:将已知体积的水体通过一个2μm的过滤器,将滤液在一个培养皿中蒸发,确定残留物的重量并将其表示为mg/L。挥发掉的数量是总溶解挥发性固体(TDVS),残留物称为总溶解固定固体(TDFS)。因此,可以通过下面方式,得知水体当中一些信息。比如:总悬浮固体 (TSS) 是总固体(TS)减去总溶解固体 (TDS) ,总悬浮挥发性固体 (TSVS) 可以确定为总挥发性固体(TVS)减去总溶解固定固体(TDFS)。
固体分析是一个简单但繁琐的过程,几种类型的固体很容易让养殖户搞混淆。为了更清楚展示给大家,分离固体的方法如图1所示。
图 1:水样的完整固体分析图示。TS=总固体;TDS=总溶解固体;TVS=总挥发性固体;TFS=总固定固体;TDVS=总溶解挥发性固体;TDFS=总溶解的固定固体;TSS=总悬浮固体;TSVS=总悬浮挥发性固体。
在一些水质研究中,只需要知道TSS的浓度即可。这可以通过将已知体积的水通过一个2毫米的过滤器,并且经过干燥过滤和确定重量增加来实现。增加重量就是TSS浓度。挥发掉的重量就是TSVS浓度。
水样中的TDS浓度主要来自可溶解的离子,分别是阳离子(Ca2+ 、Mg2+ 、K+和Na+ )和阴离子(SO42- 、Cl-和HCO3 – CO32- )。盐度通常是TDS浓度的良好指标,水中的电导率随着盐度和TDS浓度的增加而增加。
根据斯托克斯定律方程,水中的悬浮颗粒都是倾向于缓慢沉降,影响沉降速率的主要因素是颗粒直径、颗粒密度和水温,水温又影响水的比重和粘度。这两个变量都随着水温的升高而降低,从而导致颗粒更快地沉降。
浮游生物的大小范围从非常小(0.2到2微米)到相当大(200到20000微米)。微小的浮游生物如果能够通过直径为2微米的过滤器,也并被视为可溶性的。其他浮游生物要是体积更大,显然是悬浮性。浮游藻类的密度低(每立方厘米1.02至1.05克)。但它们若比水的密度大(每立方厘米1.00克)就容易沉降,尤其是在流速较低的水体当中。
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三、水体固体(颗粒)沉降速度
球形固体(颗粒)比其他形状的颗粒沉降得更快,大多数浮游生物都不是完美的球形,许多都是细长的形状或者是不规则的形状,有些像是多细胞细丝或菌落。另外,一些蓝绿藻具有增加浮力的气泡,还有一些带有鞭毛的藻类可以移动,这样就能够避免下沉。然而,许多浮游生物最终都依靠水流将它们维持在水的上层,那里有足够的光进行光合作用。
其他类型的悬浮颗粒也倾向于沉降,但水中悬浮颗粒的数量很大程度上取决于水流。许多投喂饲料的池塘都需要进行曝气,曝气器引起的水流既侵蚀了池塘底部的土壤颗粒,但又有助于保持颗粒悬浮处在水体的中上层。因此,在曝气的水产养殖池中,有机和无机悬浮固体的浓度大致相等。
池塘在相对静止的条件下,保留水体不发生流动,这往往被称为沉淀池。最近对几个国家不同养殖密度,大约150个池塘进行的一项研究表明,沉积物以每年约1厘米的平均速度在池塘底部积累。然而,新池塘的每年速度可能达到5至10厘米,因此,随着池塘年龄的增长,沉积物在池塘底部积累的速度也逐渐下降。
当水产养殖池塘的水排出外部时,也可能发生沉淀。还有另一种固体测量方法,可以快速估计水中悬浮颗粒的沉降趋势。我们将水样放入一个1升的锥形容器中,该锥形容器有窄而尖的底部,并且有毫升显示(图2),这个锥体称为英霍夫锥形管(又称沉降杯)。
图2:
先将水倒入英霍夫锥形管中保持1小时,然后通过观察,可以获得沉淀在底部的固体体积,该固体量(以毫升/升为单位)称为可沉降固体浓度。
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四、固体对水产养殖的影响
溶解在水中的无机固体不会影响光线的穿透。然而,溶解的有机固体会使水变色。另外,所有类型的悬浮固体都会降低光线的穿透,具有高浓度溶解有机物质(腐植酸)和悬浮颗粒的池塘,通常会降低浮游植物光合作用。
可以通过以下方式,避免水体产生的较高悬浮物质:
1、在水体进入池塘之前,将浑浊的水源通过沉淀池进行沉淀处理;
2、在池塘边建立围栏,避免雨水带入泥沙;
3、在池塘的底部安装薄膜(或者修建水泥池),可以最大限度地减少增氧机带动水流,而造成水体悬浮颗粒过多。
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