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氧化还原电位(ORP)在养殖池塘水质监测中重要作用
什么是氧化还原电位?在水中,每种物质都有独立的氧化还原特性,可以简单理解为在微观上,每一种不同物质都有一定的氧化还原能力,这些氧化还原性不同的物质能够相互影响,最终构成一定的宏观氧化还原性。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性,为负则表示溶液显示出一定的还原性。一般的pH值测定仪都能兼测氧化还原电位,但如果需要准确测定,则需要购买专门的氧化还原电位仪。
1. 淡水养殖环境中的ORP变化情况
从文献报道和本研究室测定的结果来看,养殖池塘一般存在水体上下层交换,池塘泥水界面有比较高的氧化还原电位,在400mV以上,从水层溶氧也可以反映出来,只要溶氧达到1毫克/升以上就不存在还原态。而养殖池塘底泥则由于沉积物不同,氧化还原电位值变化情况不同,但都随着底泥深度增加,氧化还原电位呈现降低趋势。底泥0~250px深度为活性淤泥层,在这里可能看到ORP急剧下降,最终降到0mV以下,随着深度继续增加,ORP继续减少,底泥开始完全呈现还原态。
2.氧化还原电位对底泥中微生物的影响
图1 氧化还原电位与微生物之间的关系
随着底泥中氧化还原电位的降低,各种微生物活性也随之发生改变。随着底泥深度增加,依次存活的微生物种类为好氧微生物、微氧微生物、兼性微生物、厌氧微生物。相应表现在氮循环上,则先是氨化细菌与硝化细菌进行有氧呼吸,产生氨氮、亚硝酸盐,好氧微生物一般生活在+100mV以上,以+300mV~+400mV为最适。随着氧化还原电的降低,出现铁锰呼吸,干塘晒塘时被氧化成三价的铁,此时逐渐被还原成二价铁,这个过程耗氧产酸,所以底泥pH值下降。氧化还原电位继续降低,当氧化还原电位环境为-200~-250mV,专性厌氧微生物出现生长,硫酸还原菌进行硫呼吸,原本存在的硫酸根被还原成硫化氢,硫化氢跟亚铁离子、锰离子反应,生成FeS、MnS,土壤变黑(见图2)。当氧化还原电位环境为-300~-400mV,底泥处于极度缺氧状况,专性厌氧产甲烷菌即开始分解底泥中的有机质产生甲烷。淤泥厚的池塘用竹竿捅了后水面冒气泡,这种气泡即是底泥产生的甲烷(见图3)。
3. ORP在养殖池塘水质监测中的重要作用
一般养殖户习惯于监测水体NO2,H2S,NH3/NH4等水质指标浓度,认为这些物质是导致养殖动物发病与否的主要原因,当然这没有错。但殊不知这些物质也是经过各种生化反应的结果,其在水中存在的多寡已是整个水质生态变化的结果,而非真正的源头。而由于氧化还原电位决定生化反应是否能进行,因此事先监测氧化还原电位,了解其是否处于正常范围之内,并事先采取适当措施,改变底泥以及水体中的氧化还原电位,从而影响微生物活动,影响化学反应进行方向,最终使其朝着有利方向进行,才能真正减少有毒有害物质的产生。因此,ORP在一定程度上是水质变化的先行指标,能起到很好的预警功能。
4.养殖池塘中直接影响ORP的因素
饵粪便有机物含量丰富,是养殖水体氧化还原电位主要影响因素之一。微生物可通过各种氧化、生化反应将长碳链有机物降解为二氧化碳,若生化氧化过程不断进行,伴随着生成氧化产物,理论上讲会导致养殖环境宏观氧化还原电位不断提高。然而,实际情况是养殖过程中尤其是精养池,残饵粪便量远远大于微生物所能分解的量,导致呈还原态有机物大量积累,水体沉积物加厚,ORP降低,长碳链有机物上的氮、磷、硫等物质反而被还原,最终产生氨气、甲烷和硫化氢。
此外,在养殖水体中除有机物外,ORP还受到诸如pH值、各种离子、碱度、硬度、温度等指标的影响,而这些指标之间又存在互相影响。譬如碱度增加导致pH升高,而pH升高则导致ORP降低。其中碱度对ORP带来的效果比pH单纯升高所带来的效果更强。
5.提高养殖环境ORP的方法
氧化还原电位客观反应了养殖水体的好坏,是水质变化的先行指标,能起到一定预警功能。氧化还原电位降低,说明水质在恶化,因此一般养殖池都需要提高氧化还原电位,下面介绍几种提高氧化还原电位的方法。
(1)物理方法
最直接提高氧化还原电位的方法是开启增氧机。其次是减少水体中还原性物质的投入,主要是减少投饵量。还可以采用铁链拉底的方法搅动底泥,增加底泥与空气的接触面,从而提高底泥的氧化还原电位,减少氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有毒有害物质的产生。
(2)化学方法
可以不定期向池塘中投入漂白粉、过氧化钙、二氧化氯、溴氯海因等化学物质,使用时最好采用片剂或颗粒制剂,让物质直接沉到池底发挥作用。其中有些物质平常都被大家看作消毒剂,其实低剂量、少量多次使用时它们就变成提高氧化还原电位的调水剂。但这类物质使用后有个缺点是会在一定程度上破坏水体菌藻平衡,使用完后还需要再调藻调菌,不是非常经济。
(3)生物方法
养殖一段时间的池塘,或是连续多年没有翻塘、干塘、晒塘的老塘,底泥中沉积有大量有机物,这些有机物都是还原性物质,会降低底部氧化还原电位,即而出现硫酸盐还原菌、产甲烷菌等专性厌氧菌生长的环境,导致硫化氢、甲烷等物质的产生。为避免这一情况的发生,减少底泥中的氧债,定期向养殖池中投入各种微生物制剂,或是通过其它途径创造有利于微生物繁殖的条件将具有重要意义。
(通威水产 作者:苏艳秋、罗国强)
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