水化学与养殖水质之氮循环PPT课件.ppt
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- 水化学 养殖 水质 循环 PPT 课件
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1、研究中心养殖技术部1全心全意,海联科!循循环环经经济济2全心全意,海联科!全心全意,海联科!让循环让循环经济之经济之“圆圆”转起来转起来3全心全意,海联科!1、水体中N的6种存在形式分子氨分子氨NH3有机氮有机氮亚硝态氮亚硝态氮NO2-N N的的6 6种种存在形式存在形式硝态氮硝态氮NO3-离子氨离子氨NH4+氮气氮气N24全心全意,海联科!全心全意,海联科!2、N的分类含氮有机物含氮有机物:包括蛋白包括蛋白质、氨基酸质、氨基酸、尿素、核、尿素、核酸、动植物酸、动植物尸体等尸体等氮气氮气-N2无机无机N: 包包括分子氨括分子氨NH3、离子离子氨氨NH4+、硝硝态氮态氮NO3-、亚硝态氮亚硝态氮
2、NO2-分子氮有机氮有机氮无机氮无机氮5全心全意,海联科!全心全意,海联科!有效氮和无效氮n有效氮:有效氮:能被藻类和其他水生植物直接吸收利用的氮的形式。qNH3(NH4+)、)、NO2-、NO3- :绝大部分藻类和植物的有效氮:绝大部分藻类和植物的有效氮q单质氮:固氮藻类和固氮菌单质氮:固氮藻类和固氮菌q有机氮化合物:某些蓝藻(分泌细胞外酶)有机氮化合物:某些蓝藻(分泌细胞外酶)n无效氮:无效氮:与有效氮相反。q单质氮:绝大多数藻类和植物都无法直接利用单质氮:绝大多数藻类和植物都无法直接利用q难溶性有机氮化合物:除蓝藻外其他藻类都无法利用难溶性有机氮化合物:除蓝藻外其他藻类都无法利用6全心全
3、意,海联科!全心全意,海联科!藻类利用有效氮的先后顺序n有效氮有效氮主要的存在形式:主要的存在形式: NH3(NH4+)、)、NO2-、NO3- q总氨氮:总氨氮:是是NH3(NH4+)的统称,包括的统称,包括非离子氨非离子氨和和铵盐铵盐(离子氨)(离子氨)q水体中通常是水体中通常是NH3(NH4+)和和NO3- 共存共存q当当NH3(NH4+)、NO3-和和NO2-处于同样有效量范围内时,三者被处于同样有效量范围内时,三者被藻类吸收的先后顺序为:藻类吸收的先后顺序为: 氨氮硝酸盐亚硝酸盐氨氮硝酸盐亚硝酸盐(据许多研究者指出,绝大多数藻类是优先选择吸收利用NH4+,只有NH4+利用到相当低的程
4、度后才吸收利用NO3-)7全心全意,海联科!为什么藻类优先选择吸收NH3(NH4+)呢?当两种形式的N共存时,NH3(NH4+)对藻类吸收NO3-的硝酸酶有抑制作用,降低这种酶的活性,起到阻止NO3-吸收的作用,这是原因之一全心全意,海联科!8全心全意,海联科!全心全意,海联科!3、两大N相关水质指标:氨氮和亚盐(1 1)氨氮:)氨氮:水产动物剧毒物质,浓度应控制水产动物剧毒物质,浓度应控制在在 0.2mg/L以以下。(下。(主要由主要由水中含氮有机物分解矿化及硝酸盐、亚硝酸盐水中含氮有机物分解矿化及硝酸盐、亚硝酸盐反硝化作用产生。包括以反硝化作用产生。包括以非离子氨非离子氨(NHNH3 3)
5、和铵盐和铵盐(NHNH4 4+ +)形形式存在的氮式存在的氮)氨氮氨氮 NH3 NH4+ 氨氮很容易测量,但并不是反应水质问题的最好指标,氨氮很容易测量,但并不是反应水质问题的最好指标,非离子非离子氨(氨(NHNH3 3)才是真正的问题所在!才是真正的问题所在!9全心全意,海联科!全心全意,海联科!影响非离子氨和离子铵NHNH3 3/NHNH4 4+ +比例的因素氨氮在水中存在如下电离平衡:氨氮在水中存在如下电离平衡:NH3+H2O NH4+OH-温度温度、pH、盐度、盐度温度温度、pH、盐度、盐度由此可见:相同浓度的由此可见:相同浓度的氨氮氨氮,温度越高、,温度越高、pH值越高值越高、盐度越
6、低,其毒性就越大。、盐度越低,其毒性就越大。10全心全意,海联科!不同不同PHPH值和温度下溶液中非离子氨的百分比,值和温度下溶液中非离子氨的百分比,% %PH值值温度温度1618202224262830327.00.30 0.34 0.40 0.46 0.52 0.60 0.70 0.81 0.95 7.20.47 0.54 0.63 0.72 0.82 0.95 1.10 1.27 1.50 7.40.74 0.86 0.99 1.14 1.30 1.50 1.73 2.00 2.36 7.61.17 1.35 1.56 1.79 2.05 2.35 2.72 3.13 3.69 7.81
7、.84 2.12 2.45 2.80 3.21 3.68 4.24 4.88 5.72 8.02.88 3.32 3.83 4.37 4.99 5.71 6.55 7.52 8.77 8.24.49 5.16 5.94 6.76 7.68 8.75 10.00 11.41 13.22 8.46.93 7.94 9.09 10.30 11.65 13.20 14.98 16.96 19.46 8.610.56 12.03 13.68 15.40 17.28 19.42 21.83 24.45 27.68 8.815.76 17.82 20.08 22.38 24.88 27.64 30.68 3
8、3.90 37.76 9.022.87 25.57 28.47 31.37 34.42 37.71 41.23 44.84 49.02 9.231.97 35.25 38.69 42.01 45.41 48.96 52.65 56.30 60.38 9.442.68 46.32 50.00 53.45 56.86 60.33 63.79 67.12 70.72 9.654.14 57.77 61.31 64.54 67.63 70.67 73.63 76.39 79.29 9.865.17 68.43 71.53 74.25 78.61 79.25 81.57 83.68 85.85 10.0
9、74.78 77.46 79.92 82.05 84.00 85.82 87.52 89.05 90.58 10.282.45 84.48 86.32 87.87 89.27 90.56 91.75 92.80 93.84 11全心全意,海联科!全心全意,海联科!pH、温度对氨氮毒性的影响由图可知:由图可知: 非离子铵随着温度和非离子铵随着温度和pHpH的增加而增加;的增加而增加; pHpH每增加一单位,每增加一单位,NHNH3 3所占的比例约增加所占的比例约增加1010倍;倍; 在在pHpH为为8.2-9.08.2-9.0范围内,范围内,温度温度每上升每上升1010度,度,NHNH3 3的比
10、例的比例增加一倍;增加一倍; 在在pHpH为为8.2-9.08.2-9.0、温度、温度26-3026-30范围内,范围内,NHNH3所占的比例所占的比例最高为最高为49.02%49.02%,最低为最低为8.75%8.75%12全心全意,海联科!全心全意,海联科!3、两大N相关水质指标:氨氮和亚盐(2 2)亚盐:)亚盐:是氨转化为硝酸盐过程中的中间产物,亚盐是氨转化为硝酸盐过程中的中间产物,亚盐对鱼虾的毒性较强,是诱发暴发性疾病的重要因素对鱼虾的毒性较强,是诱发暴发性疾病的重要因素NH4+ NO2- NO3- 在氧气充足的情况下,亚盐很容易转化为硝酸盐,但前提在氧气充足的情况下,亚盐很容易转化为
11、硝酸盐,但前提条件是水体中条件是水体中N不能积累过多。不能积累过多。 NO2- O2 NO3- (溶氧充足)(溶氧充足)13全心全意,海联科!全心全意,海联科!N存在形式:N在水中的存在形式有6种,非离子氨(NH3)、离子氨(NH4+)、硝态氮(NO3-)、亚硝态氮(NO2-) 、单质(N2)和有机氮(蛋白质等)N源利用顺序: 不同N源被藻类和水生植物利用的先后顺序是氨氮硝酸盐亚硝酸盐氨氮硝酸盐亚硝酸盐N的分类:按存在形式可分为3种,无机氮、有机氮和单质氮;按对藻类的吸收利用来说又可分为2种,有效氮和无效氮。两大水质指标:氨氮和亚盐14全心全意,海联科!全心全意,海联科!亚硝酸盐: 亚硝酸盐硝
12、化反应的中间产物,在溶氧充足的情况下,很容易转化为硝酸盐氨氮:氨氮的真正危害在于非离子氨( NH3),而实测氨氮为总氨氮,决定NH3占总氨氮的比例的因素取决于pH、温度和盐度15全心全意,海联科!1、不同形式、不同形式N相互转化相互转化2、养殖池塘、养殖池塘N循环循环3、影响、影响N循环的因素循环的因素16全心全意,海联科!氮的几种存在形式有机氮:氨基酸、蛋白质、核酸、腐殖酸等物质中所含的氮无机氮:溶解态氮 N2铵态氮 NH4+-N亚硝态氮 NO2-N硝态氮 NO3N单质的N2不同形式N相互转化,构成了N在水体内的循环全心全意,海联科!17全心全意,海联科!氮氮在在水水中中的的相相互互转转化化
13、18全心全意,海联科!N循环的反应过程解析1 1、固氮作用:、固氮作用:是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨和是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨和其他含氮化合物的过程其他含氮化合物的过程N N2 2NHNH4 4+ +或或R-NHR-NH2 2 (单质氮(单质氮无机或有机氮无机或有机氮 )q需有固氮蓝藻和固氮菌参与完成需有固氮蓝藻和固氮菌参与完成q是天然条件下单质是天然条件下单质N N转化为化合转化为化合N N的唯一方式的唯一方式19全心全意,海联科!全心全意,海联科!2 2、氨化作用:、氨化作用:含氮有机物在微生物的分解下释放氨态氮含氮有机物在微生物的分解下释放氨态氮的过程的过程q温度:温度:
14、3045可促使氨化作用顺利进行可促使氨化作用顺利进行qpH:中性:中性弱碱性进行强烈弱碱性进行强烈q合适的合适的N/C(氮碳比)有利于氨化作用(氮碳比)有利于氨化作用q氨化作用可在有氧或无氧条件下进行,故在水体不同水层都氨化作用可在有氧或无氧条件下进行,故在水体不同水层都可能发生可能发生 含氮有机物含氮有机物 缺氧反应缺氧反应 NH4+CO2+胺类、有机酸胺类、有机酸含氮有机物含氮有机物 需氧反应需氧反应 NH4+CO2+SO42-+H2O20全心全意,海联科!全心全意,海联科!3 3、同化作用:、同化作用:浮游植物通过吸收利用天然水中的氨态氮、浮游植物通过吸收利用天然水中的氨态氮、亚硝态氮和
15、硝态氮等无机氮,合成自身物质的过程亚硝态氮和硝态氮等无机氮,合成自身物质的过程q 藻类丰度越大,同化作用越快;藻类丰度越大,同化作用越快;q 池塘条件越适宜藻类生长,同化作用就越快,如营养元素池塘条件越适宜藻类生长,同化作用就越快,如营养元素充足、合适的充足、合适的N/P比、适宜的碱度、硬度和比、适宜的碱度、硬度和pH值等;值等;q 蓝藻中的某些种类会抑制其他藻类的生长,不利于同化作蓝藻中的某些种类会抑制其他藻类的生长,不利于同化作用的进行;用的进行; 无机氮无机氮 浮游植物浮游植物 R-NHR-NH2 2 (无机氮(无机氮有机氮)有机氮)21全心全意,海联科!全心全意,海联科!4 4、硝化作
16、用:、硝化作用:好氧条件下,氨在无机化能微生物作用下好氧条件下,氨在无机化能微生物作用下逐步氧化成亚硝酸盐、硝酸盐的过程逐步氧化成亚硝酸盐、硝酸盐的过程q 硝化作用是耗氧过程,主要在水体中、上层进行;硝化作用是耗氧过程,主要在水体中、上层进行;q 影响硝化作用速率的因素:溶氧、影响硝化作用速率的因素:溶氧、pH、底物浓度、底物浓度、C/N比、比、硝化细菌的种类和数量硝化细菌的种类和数量NHNH4 4+ + 亚硝化细菌亚硝化细菌 NONO2 2- - 硝化细菌硝化细菌 NONO3 3- -22全心全意,海联科!全心全意,海联科!5 5、反硝化作用:、反硝化作用:厌氧条件下,反硝化细菌还原硝酸盐释
17、厌氧条件下,反硝化细菌还原硝酸盐释放出放出N N2 2O O或氮气的过程。或氮气的过程。q 反硝化作用是厌氧条件下进行,主要在水体下层进行;反硝化作用是厌氧条件下进行,主要在水体下层进行;q 反硝化作用速率的因素:溶氧、反硝化作用速率的因素:溶氧、pH、底物浓度、底物浓度、C/N比、比、反硝化细菌的种类和数量反硝化细菌的种类和数量 N2或或N2O NO3- 反硝化细菌反硝化细菌 NO2- 反硝化细菌反硝化细菌 NH4+23全心全意,海联科!1 1、不同形式、不同形式N N之间相互转化,构成之间相互转化,构成N N的循环;的循环;2 2、保持池塘藻类的长期稳定以保持是解决氨氮超标的根本、保持池塘
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