溶解氧--溶解氧的分布变化规律.ppt

第二节溶解氧的分布变化规律溶解氧分布是指：同一时刻，同一水体内不同水层、水区的溶氧差别状况。溶氧变化是指：同一水体内，同一水层、水区在不同时刻溶氧含量差别情况。水体中增氧、耗氧作用及其影响因素的复杂性，决定了水体内溶氧分布变化的多样性与复杂性。一般说：贫营养水体，溶氧多近饱和，变化不大；相反，富营养或受污染水体，溶氧浓度很不稳定，大起大落，变化很大，下面着重讨论其动态规律。一、溶解氧的日变化及日较差一、溶解氧的日变化及日较差溶氧日变化的一般规律是，1.表层水中溶氧含量昼夜变化极大，最小值通常出现在早晨日出之前，最大值则出现在下午日落之前。早上日出后的整个白天，溶氧量从最小值逐渐增高，至日落前达最大值，而在日落后的整个黑夜，溶氧则从最大值不断降低，到早晨日出前又达到最小值。如此循环不止，变化不息。表层水中溶氧含量的这种变化规律，是水中PR矛盾运动的必然反映，其原因在于，日出之后，表层水中浮游植物开始进行光合作用，PR，放出大量氧气，终于使表层水中增氧作用超过耗氧作用；因而水中溶氧实际含量逐渐增高，经过整个白天的积累，在日落之前，便积累到最大值。日落之后表层水中的浮游植物，不仅不能进行光合作用，放出氧气，反而要进行呼吸，消耗氧气，RP，耗氧作用大大超过增氧作用，溶氧实际含量迅速减小，经过漫长黑夜的积累，到日出之前，终于使表层水中增氧作用超过耗氧作用；因而水中溶氧实际含量逐渐增高，经过整个白天的积累，在日落之前，便积累到最大值。日落之后表层水中的浮游植物，不仅不能进行光合作用，放出氧气，反而要进行呼吸，消耗氧气，RP，耗氧作用大大超过增氧作用，溶氧实际含量迅速减小，经过漫长黑夜的积累，到日出之前，达到最小值.溶氧最大值与最小值出现的具体时间，不仅与光照有关，也受温度影响。寒冷季节，早，晚气温很低，光合作用较弱，与温暖炎热季节相比，溶氧最大值出现时间常会提早24小时，溶氧最小值的出现时间，则往往推迟12小时O2溶氧日较差的大小，主要与水体本身的生产性能有关，其一般规律是，其他条件相同或近似时，水体越肥，水中浮游植物密度越大，则溶氧日较差越大在生物与肥料条件相同或相似时，水温高，光照强度大，光合作用进行强烈时，溶氧日较差也大。因此，一年之中，以夏季的溶氧日较差最大，冬季最小，春、秋两季居中，相差亦不大。综合上述两点可知：水质肥沃、生物密度大、光合作用强烈的鱼池，一到酷暑季节，表层水中溶氧日较差可变得极大，最高溶氧量可达饱和度200以上，最小溶氧量可在饱和度20以下，严重时会引起鱼、贝类大量死亡。因此，凡是溶氧量日较差极大的水体，一到容易出现溶氧最小值的季节及时间，都要特别留意溶氧动态，加强水质管理，防止鱼、贝类大批死亡。2溶氧日变化最大直与最小值之差称为“昼夜变化幅度”简称“日较差，如图课本57页最小值才12毫升升，最大值为132毫升升，日较差高达13.2-12=12毫升升。3底层水中溶氧日变化倾向，大体与表层水相似。不过，底层水中阳光不足，即使白天，光合作用也不能正常进行，主要依靠水团运动、分子扩散，从表水层向底水层增补溶氧，数量比表层水少得多，而耗氧作用则日夜照样进行，强度变化不大，因此，底层水中溶氧，日变化不及表层水大，日较差也小，饱和度保持在较低水平。水中溶氧量除日变化之外，还有年变化，其基本原则与上述相同。二、溶解氧的垂直分布二、溶解氧的垂直分布溶氧垂直分布的一般规律是，1白天中午及下午，养殖水体中溶氧垂直分布特点是：表层水中溶氧甚多，饱和度可高达200以上，底层水中溶氧甚少，饱和度约为4080，甚至更低。在中层水中，溶解氧随深度增大急剧减少，形成一个“跃变层”。总的倾向是，随水深增大，溶氧含量急剧减少。溶氧垂直分布的这一特点，出现的原因是：太阳出来后，真光层内浮游植物进行光合作用产生大量O2，使表水层内增氧作用耗氧作用，增氧作用超过耗O2作用，溶氧含量不断增高，积累到日落前达极大值。实际调查时常发现，溶氧最大值不出现在最表水层，而出现在次表水层。其原因，除逸散进入空气外，主要与光强有关。最表水层若光强过高，就会抑制浮游植物的光合作用，产O2减少，此时次表水层则光强合适，产O2也多，故极大值出现在该水层。与此同时，表层水吸收太阳光能，水温上升。而水的比热大，导热性小，因此表，底水层之间出现跃温层。若无风力搅拌等因素打破这种分层状态，则表水层内多量O2不能通过水的对流混合，直接带给底层水，只能靠扩散作用，缓慢向下补给，这样，底水层内PR，溶氧实际含量比表水层就低多了。在跃温层内，尽管深度相差不大，但温度随深度增加下降较急较快。相应的，水的密度与浮力也增大较急较快。这样一来，由表水层沉落下来的浮游生物残骸，有机碎屑等，一进入跃温层内，因浮力增大，下沉速度大为减小。一些细小碎屑，几乎全被跃层挡住，使该处积累多量有机物。跟着细菌也大量繁殖起来，迅速分解有机物，耗用大量O2，终于形成溶氧跃层。溶氧跃层的深度与跃温层大体一致，主要决定于表水层升温快慢与风力搅拌强弱等因素。升温快，时间短，风力搅拌弱时，跃变层离水面较浅，变化较急剧，反之，升温较慢，作用时间较长，又有较强的风力搅拌时，则跃变层离水面较深，变化较缓和。如果在一段时间内，升温降温交错进行，还可能出现几个跃变层的复杂情况。溶氧垂直分布极大值与极小值之差-称为“水层差”，其大小取决于水体生产性能与分层流转情况。在夏季停滞期内，水体初级生产力越高，水层差就越大，底水层往往缺氧。水的垂直对流则使水层差减小以至消除。2晚上、特别是下半夜，溶氧浓度不断下降，垂直分布趋于均一。其原因是：日落后，只有呼吸耗O2作用，加上入夜后气温下降，表层水温随之下降，密度增大，表、底水层密度差消失，甚至上重下轻，发生垂直对流或在风力吹拂下，循环流转，终于混合均匀，使溶氧垂直分布均一化。恰好，水陆散热、降温快慢不同，水面与地面上的空气存在温差及密度差，因而，晚上常有风从陆地吹向水面，大水面尤其明显。有些水体，或由于深度过大，或因为地形复杂，即使晚上，有风吹刮，也不能完全破坏分层状态，底水层常为缺O2还原状态。三、溶解氧的水平分布三、溶解氧的水平分布池塘中溶氧水平分布，主要取决于风向风力，无风时厂垂直分布本不均一，水平分布则大体均匀，后来在风力作用下，溶氧含量高的表层水移到下风沿岸，溶氧含量低的底层水，则在上风沿岸处上浮，使溶氧水平分布出现不均一状态。如果底层水中溶氧极少，那么，在上风沿岸水中蓄养的鱼贝类，就有缺氧死亡的危险，应予注意。此外，在河流有支流流入处，湖泊池塘水的出口、进口处，浅海有淡水流入处，有生活污水及工业废水污染处，甚至于鱼贝类的群集处，溶氧及其他水质特点，也与周围水质有相当差别，呈水平分布不均状态。例如，有人测定发现：当海水流通不好时，珠笼内部水的溶氧量比笼外水中溶氧量少得多，特别是在放养过密，笼网孔眼大都堵塞时，尽管笼外的溶氧很多，笼内珠贝仍会因缺氧窒息，大批死亡。网箱养鱼也有类似问题。这种水平分布均一的溶氧状态，往往为人们忽略，必须特别留意。四、溶氧极值出现的一般规律四、溶氧极值出现的一般规律综合以上各点可知，养殖水体中溶氧最大值、最小值出现的规律如下：1溶氧最大值通常出现在夏季白天日落之前的表层2溶氧最小值通常出现于下述场合：(1)黎明或日出前的表层尤为底层水中，(2)夏季停滞期长期保持分层状态的底层水及上风沿岸的底层水及中层水，(3)水质过肥、放养太密、投饵施肥过多、水底淤泥很厚的鱼池，遇上夏季天气闷热、气压低、暴雨强风之后，表层水与底层水发生垂直流转混合，带起淤泥，这时整个水体都有可能出现溶氧最低值，甚至造成养殖生物大批死亡的事故，上述情况如果是发生于晚上，后果将更加严重，必须特别留意。水产养殖中溶氧的作用及三个水产养殖中溶氧的作用及三个变化规律变化规律1溶氧在水产养殖中的作用溶氧在水产养殖中的作用1.1提供养殖动物生命活动所必需的氧气从能量学和生物化学的观点来看，动物摄食是为了将储存在食物中的能量转化为其自身生命活动所必需的、能够直接利用的能量，而呼吸摄入的氧气正是从分子水平上通过生化反应为最终实现这种转化提供了保证。一旦缺少氧气，这些生化反应过程将被终止，生命即宣告结束。实践中人们对增氧能够解决养殖动物浮头问题和预防泛塘都有比较清楚的认识，但正因如此，很多养殖者把增氧仅仅看成一种“救命”措施，而没有充分意识到在此之前低氧早已对养殖动物和水体环境所造成了危害。1.2有利于好氧性微生物生长繁殖,促进有机物降解好氧性微生物对水体中有机物的降解至关重要,在有氧条件下,进入水体的粪便、残饵、生物尸体(包括死亡的藻类)和其它有机碎屑等被微生物产生的各种胞外酶逐步降解成为各种可溶性的有机物,最后成为简单无机物进入新的物质循环,从而消除水体有机污染。而这些都是需要氧气的参与才能进行的。1.3减少有毒、有害物质的作用氧气能直接氧化水体和底质中的有毒、有害物质，降低或消除其毒性。氧气具有很强的氧化性，可直接将水中毒性大的硫化氢（H2S）、亚硝酸盐(NO2-)等分别氧化成低毒的硫酸盐、硝酸盐等。1.4抑制有害的厌氧微生物的活动在缺氧条件下，厌氧微生物活跃起来,对有机物进行厌氧发酵,产生许多恶臭的发酵中间物,如尸胺、硫化氢、甲烷、氨等，对养殖动物造成极大危害。在低氧条件下水体和底质变黑发臭,主要是因为其中硫化氢遇铁产生黑色的沉淀所致。水体中较高溶氧将对这类有害的厌氧微生物产生抑制作用,有助于创造合适的养殖环境。1.5增强免疫力水中充足的溶氧还有助于提高养殖动物对其它不利环境因子（如氨氮、亚硝酸盐等）的耐受能力，增强对环境胁迫的抵抗力。处于连续低溶氧环境中的动物，其免疫力下降，对病原体的抵抗力减弱。研究表明，水体溶氧长期不足时，斑点叉尾对细菌性疾病的易感性增加。2水中的溶氧量及影响因素水中的溶氧量及影响因素2.1水中的溶解氧在各种因素作用下不断变化水体中的溶氧是指以分子状态溶解于水中的氧气单质，而不是化合态的氧元素或者常见的氧气泡。氧气在水中的溶入（溶解）和解析（逸散）是一个动态可逆过程，当溶入和解析速率相等时，即达到溶氧的动态平衡，此时水中溶氧的浓度即为该条件下溶氧的饱和含量，即饱和溶氧量。水中饱和溶氧量受到大气氧分压、水温、水中其它溶质（如其它气体、有机物或无机物）含量等因素共同作用的影响。水中的饱和溶氧与大气氧分压呈正相关关系，自然条件下大气氧分压不会有大幅度变化，因此对饱和溶氧量的影响可以忽略。溶氧随着水温升高，饱和溶氧量下降；盐度对溶氧也有直接而明显的影响，随着水体盐度升高，饱和溶氧量下降。大多数情况下,养殖水体中溶氧的实际含量低于饱和溶氧量，其数值取决于当时条件下水中增氧与耗氧动态平衡作用的结果。当增氧大于耗氧时，溶氧趋于饱和，有时还会出现“过饱和”现象，这一般会出现在晴天午后，藻类密度高、光合作用强的池塘中；当耗氧占主导地位时，水中溶氧开始持续下降，其结果将会出现低氧甚至无氧水区，此时可能出现养殖动物“浮头”，甚至“泛塘”现象。2.2水中溶解氧增加的因素在池塘养殖中，水中的增氧主要来源于：浮游植物光合作用放氧、人工增氧(机械增氧、化学增氧等)和大气中氧气的自然溶入,但在不同条件下上述几种增氧作用所占的比例也各不相同。富营养型静水池塘以光合作用增氧为主,高密度精养池塘以人工增氧为主，贫营养型水体及流动水体以大气溶解增氧贡献较大。2.3水中溶解氧减少的因素水体中的耗氧作用可分为生物、化学和物理来源的耗氧。生物耗氧包括动物、植物和微生物的呼吸作用所消耗的溶氧，大多数情况下，水中的浮游生物和底栖生物呼吸耗氧占据池塘耗氧的绝大部分，呼吸耗氧主要发生在阴天和夜间光合作用不强的时候。化学耗氧包括环境中，有机物的氧化分解和无机物的氧化还原。物理耗氧主要指水中溶氧向空气中逸散，只占据很小部分，这一过程仅在水-气界面进行。3养殖池塘水体中溶氧的变化规养殖池塘水体中溶氧的变化规律律任何时候，水中都同时存在着一系列复杂的生物、化学和物理过程，这些相互联系的过程决定着水体增氧与耗氧的动态平衡，使水中溶氧的分布与变化既呈现出复杂多变的态势，又具有相对的规律性。3.1昼夜变化在没有人工增氧作用的养殖池塘中，上层水的溶氧昼夜变化十分明显。通常情况下，下午高于早晨，白天高于夜间。白天随着藻类光合作用的进行溶氧逐渐上升，至下午日落前达到最大值，夜间由于藻类不能进行光合作用，而各种耗氧作用依然进行，因此水体溶氧会持续下降，至清晨日出前达到最低水平。但随着水层深度的增加，特别是在补偿深度以下，溶氧的这种昼夜变化也趋于减弱甚至停滞。3.2季节变化池塘水体溶氧的季节变化也比较明显。一般而言，冬春两季温度较低，藻类生长受到抑制，光合作用弱，产生的氧气少，而此时水中生物量低，呼吸作用和化学耗氧下降，因此溶氧相对较低且变化较小。夏秋两季水温高、光照强烈，藻类生长快，光合作用旺盛，释放大量氧气，水体增氧作用明显；但夏秋两季也是水体生物量、粪便、残饵、死亡的动植物尸体等各种有机废物含量最高、耗氧最强烈的季节，因而此时水体溶氧变化大，并会经常出现溶氧过饱和水区，低氧甚至无氧水区等极端溶氧水平，是水产养殖最容易出现溶氧问题的季节。3.3垂直变化与盐类溶于水后均匀分散不同，溶氧在水中的分布呈现出从上到下垂直递减状态，这主要与不同水层所接收到的光照和温度差异有关。由于水体以及其中的藻类等物质的吸收，光线进入水中后会随着深度的增加而变得越来越弱，到达一定深度后完全变成无光的黑暗水区。藻类只能在有光线的水层中生长并进行光合放氧，而耗氧作用却在每一个深度都不停地进行，从而使水体溶氧形成上层高、下层低、非均匀递减的垂直分布，这种现象常见于高温季节的深水池塘。4低氧对动物的危害及其行为反应低氧对动物的危害及其行为反应溶氧是水产养殖中最重要且最容易发生问题的水质因子之一，水体的实际溶氧量受到其中生物、物理和化学等因素的共同影响而时刻变化。当水中溶氧不足时，首先直接对养殖动物产生不利影响；其次是通过影响水体环境中其它生物和理化指标而间接影响养殖动物，致使其生长、繁殖甚至生存造成不同程度的危害，轻则体质下降、生长减缓，重则浮头、泛塘，导致大量死亡。4.1临界溶氧和致死溶氧水中溶氧低于某一水平时，养殖动物的生理代谢和生长开始受到不利影响，但并不会导致死亡，这时的溶氧浓度称为临界溶氧。若溶氧继续降低，到不能满足生理上的最低需要时，养殖动物会因窒息而死亡，此时的溶氧浓度称为致死溶氧。临界溶氧和致死溶氧依动物种类和规格不同而异，并且受到水温、盐度等其它环境因子的影响，例如，随着水温升高动物的致死溶氧下降。4.2动物对低氧的行为反应当水中溶氧稍低于临界水平时，养殖动物开始表现出摄食下降、生长减慢、饲料系数增加，虾类脱壳频率降低，且经常在浅水区活动；动物经常群集在增氧机附近。长时间持续低氧会降低动物对环境胁迫和对疾病的抵抗力，常常导致应激性疾病的发生。在接近致死溶氧时，养殖动物将停止采食，因呼吸困难而大批游到水面吞取空气，发生严重的“浮头”现象。此时鱼虾运动活力很低，对外界刺激反应迟钝。高密度养殖条件下，如果浮头发生在上半夜或午夜刚过，表明水体严重缺氧，应及时采取补救措施，否则会造成鱼虾大批死亡，甚至泛塘。