水化学第二章_天然水的主要理化性质..
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水的主要理化性质
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• 在溶液中，中心离子的运动必然会受到其 周围离子氛中异号离子的吸引，使它的运 动受到牵制。 • 对这种牵制作用产生影响的包括溶液中各 种离于的浓度以及它们各自的离子价，即 牵制作用与溶液中全部离子电荷所形成的 静电场的强度有关。根据这一特性，提出 了电解质溶液离子强度(I)的概念，其定义式 为：
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• 表1—2是不同温度、盐度时海水的密度。由 表1—2可见海水密度一般都大于1g／cm3， 小于1.038g／cm3。
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• 三、天然水的化学分类法
• 分类方法与不同作者、研究的目的和对象有 关。下面介绍两种使用较广的分类方法。
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• （一）按含盐量的分类
• 1、按矿化度(或盐度)的分类方法，单位为g／L 或g／kg。 • 淡水: 矿化度<1g／L(或用无量纲单位10-3， 下同) • 微咸水: 1--25g／L • 具海水盐度的水: 25-50g／L • 盐水: >50g／L
1第一章天然水的主要理化性质2第一节天然水的盐度密度和化学分类一一天然水的含盐量天然水的含盐量一一反映天然水含盐量的参数反映天然水含盐量的参数??反映天然水含盐量的参数通常有离子总量反映天然水含盐量的参数通常有离子总量矿化度盐度和氯度后两种在海洋学中常矿化度盐度和氯度后两种在海洋学中常被使用
第一章 天然水的主要理化性质
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• • • • • • • • • •
2.在湖沼学与生态学中常用的划分法 淡水: 0.01—0.5g／L (其中0.01—0.2g／L称为缺盐水) 寡混盐水: 0.5-5g／L 中混盐水: 5～18g／L 多混盐水: 18~30g／L 真盐水: 30—40g／L(世界海洋的平均盐幅) 超盐水: >40g／L (二)按主要离子成分的分类——阿列金分类法 分类方法也有很多，其中较广为采用的是由前 苏联学者O．A阿列金提出的。
水化学第二章_天然水的主要理化性质
水的透明度采用专门的透 明度盘放入水中测定。是 采用黑白的油漆涂成黑白 相间的金属圆盘制成。圆 盘中央拴一根有深度标记 的软绳（此绳应不易伸 长）。测定时将圆盘沉入 水中，在不受阳光直射条 件下，圆盘刚刚看不见的 深度，即为透明度。
透明度与水的光学分层
人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率 的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合 成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的 净合成大于零，这一水层又称为营养生成层。而光 照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层， 称为营养分解层，这一水层的植物不能正常生活， 有机物的分解速率大于合成速率。而有机物的分解 速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。不同 光照条件下，补偿深度不同。同时，补偿深度还与 水温、藻类种类组成等因素有关。北方冬季冰下浮 游植物多由适低温、弱光照的种类组成，水温又很 低，因而补偿深度较大，有时可达1.52m（雷衍之， 1985）。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
透明度与水的光学分层
人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率 的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合 成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的 净合成大于零，这一水层又称为营养生成层。而光 照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层， 称为营养分解层，这一水层的植物不能正常生活， 有机物的分解速率大于合成速率。而有机物的分解 速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。不同 光照条件下，补偿深度不同。同时，补偿深度还与 水温、藻类种类组成等因素有关。北方冬季冰下浮 游植物多由适低温、弱光照的种类组成，水温又很 低，因而补偿深度较大，有时可达1.52m（雷衍之， 1985）。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
天然水的主要理化性质汇总
温度－体积效应异常 冰熔为水，温度升高 时两种过程影响其体积和密度：一正常热运动， 体积增大；二氢键解体，晶体空隙填充部分水分 子，体积缩小。0-4 ℃之间，后一过程占优势。
1.1.2 天然水的含盐量 1.1.2.1 反映天然水含盐量的参数
天然水中的主要离子成分
水中相对含量较高的无机离子，构成水中盐分 的主体。
我国沿海海雾中心：山东半岛东岸(超过80天），朝 鲜半岛以西（50多天），舟山群岛。
2) 热能量最大 ①除氨外，水的比热量大。
对生物的体温和地理区域气温起稳定作用。
②异常的蒸发热、熔解热。
决定大气和水体之间热和水分子的转移，冰点时温度稳 定。
3）温度－体积效应异常 0-3.98 ℃内，热缩冷胀
冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体里进行， 使溶解在水中的氧及其他营养物质得以在整个水域分布均 匀
海雾形成：海水蒸发，使空气中的水分达到饱和。
世界海洋的雾主要产生在冷暖海流汇合处的冷 水面和信风带海洋东岸附近的翻腾冷流上，多出 现于春夏季节。雾的高发区集中在中高纬靠近大 陆岸的海洋上。
全球海雾中心：大西洋纽芬兰岛，北太平洋千岛群 岛，南印度洋爱德华王子群岛
我国海域雾区范围南窄北宽，南少北多，时间上从 春至夏也由南向北推延。
∑S=∑Ci
2） 矿化度
用蒸干称重的方法得到的无机矿物成 分的总量
测定方法：用过氧化氢氧化水中可能含 有的有机物，在105-110 ℃干燥剩余的残渣， 然后称重。
3）海水的氯度
由于氯化物构成约占盐度的55%，所以 可用氯化物作为测定盐度特性的基础。
氯度：在1000g海水中，所有的溴和碘被当 量氯所置换后，所含氯的总克数，Cl‰表 示。
H2S 34 -85.5
1.1.2 天然水的含盐量 1.1.2.1 反映天然水含盐量的参数
天然水中的主要离子成分
水中相对含量较高的无机离子，构成水中盐分 的主体。
我国沿海海雾中心：山东半岛东岸(超过80天），朝 鲜半岛以西（50多天），舟山群岛。
2) 热能量最大 ①除氨外，水的比热量大。
对生物的体温和地理区域气温起稳定作用。
②异常的蒸发热、熔解热。
决定大气和水体之间热和水分子的转移，冰点时温度稳 定。
3）温度－体积效应异常 0-3.98 ℃内，热缩冷胀
冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体里进行， 使溶解在水中的氧及其他营养物质得以在整个水域分布均 匀
海雾形成：海水蒸发，使空气中的水分达到饱和。
世界海洋的雾主要产生在冷暖海流汇合处的冷 水面和信风带海洋东岸附近的翻腾冷流上，多出 现于春夏季节。雾的高发区集中在中高纬靠近大 陆岸的海洋上。
全球海雾中心：大西洋纽芬兰岛，北太平洋千岛群 岛，南印度洋爱德华王子群岛
我国海域雾区范围南窄北宽，南少北多，时间上从 春至夏也由南向北推延。
∑S=∑Ci
2） 矿化度
用蒸干称重的方法得到的无机矿物成 分的总量
测定方法：用过氧化氢氧化水中可能含 有的有机物，在105-110 ℃干燥剩余的残渣， 然后称重。
3）海水的氯度
由于氯化物构成约占盐度的55%，所以 可用氯化物作为测定盐度特性的基础。
氯度：在1000g海水中，所有的溴和碘被当 量氯所置换后，所含氯的总克数，Cl‰表 示。
H2S 34 -85.5
水环境化学天然水1省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件
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二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
9/73
• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
18/73
普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
10/73
• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
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• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比关系有一个大致规律：在 溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值改 变范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；
二 水特征及其意义
•• 1、水物理性质 1）高沸点、高熔点 2）蒸发烧高 3）水在4℃时密度最大； 4）水含有突出界面特征，水表面张力大。
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• •5）除极少数液体和固体（如液氨、液氢）外， 水比热容比任何其它液体和固体都高。
比热容(specific heat capacity)又称比热容量(specific heat)， 简称比热容，是单位质量物质热容量，即是单位质量物体改变 单位温度时吸收或释放热能。
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普通认为，蒸发作用是促成水同位素分馏主 要过程。 • • 因为重水蒸汽压比普通水蒸汽压略低，所以在蒸 发区（如大洋水）重水成份稍高。 • 由水蒸汽凝结生成雨水中重水成份较低。 • 南极冰是地球上最轻水。
•【 蒸汽压：一定温度下，液体和它蒸汽处于平衡状态时蒸汽所含有压力 称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。】
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• 6）水含有很高介电常数，比任何其它纯液体高。 绝大部分离子化合物能够在水中电离。
• 介•电常数是度量物质极性大小一个有用参数。在化学中,介电常
数是溶剂一个主要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开 离子能力。
• 水分子强极性使它能与带电荷离子和分子发生相互结合作用。水 化作用是一个强烈放热过程，释放能量足以克服离子间彼此作用 力。
• 镁起源主要为白云岩、泥灰岩等风化产物溶解。
镁存在于全部天然水中，而且其含量仅次于Na+，Ca2+，常 居阳离子第二位。
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• 天然水中Ca2+与Mg2+含量百分比关系有一个大致规律：在 溶解性固体总量低于500mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔比值改 变范围较大，从4:1到2:1。
• 当水中溶解性固体总量大于1000mg/L时， Ca2+与Mg2+摩尔 比值在2:1到1:1；
第二章天然水主要离子化学
第二章 天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
天然水的性质和组成b
K1 K1 K 2 -1 + ) + [ H ] [ H + ]2
K 2 -1 [H + ] + ) K1 [H + ]
[ H + ]2 [ H + ] -1 + ) K1 K 2 K2
以上的讨论没有考虑溶解性 CO2 与大气交换过程，因而属于封闭的水溶 液体系的情况。实际上，根据气体交换动力学，CO2 在气液界面的平衡时间需数
(2-25) (2-26) (2-27)
CO2 酸度=[ H + ] + [ H 2CO3∗ ]-[ CO32− ]-[ OH − ]
无机酸度=[ H + ] -[ HCO3− ]-2[ CO32− ]-[ OH − ]
如果用总碳酸量(CT)和相应的分布系数( α )来表示，则有： 总碱度= CT (α1 + 2α 2 ) + KW /[ H + ] − [ H + ]
代入 K2 的表示式计算[ CO32− ]：
[ CO32− ]= K 2 [HCO3− ] /[H + ] = 4.69 ×10−11 × 1.00 × 10−3 /1.00 ×10−8 = 4.69 ×10−6 mol/L
若水体的 pH 为 10.0， 碱度仍为 1.00 ×10−3 mol/L 时， 如何求上述各形态物质的 浓度？在这种情况下，对碱度的贡献是由 CO32− 及 OH − 同时提供，总碱度可表示 如下： 碱度=[ HCO3− ]+2[ CO32− ]+[ OH − ] 再以[ OH − ]=1.00× 10−4 mol / L 代入 K2 表示式，就得出
[ HCO3− ]= 4.64 ×10−4 mol / L 及[ CO32− ]= 2.18 ×10−4 mol / L 。可以看出，对总碱度的贡
天然水的主要理化性质
图1－8分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。 春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。 夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。 秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大， 发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃 层消失。
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
水生生物有一定的适应盐幅
水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超 过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。
同一生物不同生长阶段耐盐能力不同 耐盐限度不同; 几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼>团头鲂>鲢 在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有 影响（盐度实验时要注意）
二、天然水的透光性
光线在水中的反射、吸收与折射
(一)水面对太阳辐射的反射
入射角、反射角、 太阳高度角，反射率 水面对大气散射 辐射的反射率，大约 在5%-10%
（二）水对太阳光的吸收特点:
1.有一定的选择性
2.随水体深度增大能量 衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区
第一节 水的特性
1. 水分子的结构
H 104.40 H 在水分子的结构中，两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。从而 使氧的一端带负电荷，氢的一核带正电荷，因此水分子是一个极性很强的分子， 即氧的一端为负极，氢一的端为正极。由于水分子在正极一方有两个裸露的氢 核，在负极一方有氧的两对孤对电子，这样就使每一个水分子都可以把自己的 两个氢核交出与其他两个水分子共有，而同时氧的两对孤对电子又可以接受第 三个、第四个氢核，使这五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子 又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象。所以水是 单个分子H2O和（H2O）n的混合物，（H2O）n称为水分子的集聚体或聚合物。
水化学课件第二章节天然水的主要离子
碳酸根离子（CO32-）
总结词
天然水中较不常见的阴离子之一，主要 来源于岩石的风化和生物活动。
VS
详细描述
碳酸根离子是天然水中较不常见的阴离子 之一，主要来源于岩石的风化和生物活动。 它在水中以负二价存在，也是强酸根离子。 碳酸根离子对水的酸碱度有重要影响，同 时还是水中溶解性总固体含量（TDS）的 主要贡献者之一。
和生物活性具有重要作用。
镁离子是植物生长必需的营养元 素之一，对促进植物的光合作用
和生长具有重要作用。
镁离子在水体中通常以硫酸镁、 氯化镁等形式存在，容易形成沉 淀，影响水体的透明度和水质。
02
天然水中的主要阴离子
氯离子（Cl-）
总结词
天然水中最常见的阴离子之一，约占阴离子总量的70-90%。
详细描述
03
离子在水中的存在形式
水合离子
01
02
03
定义
水合离子是指水分子通过 配位键与阳离子或阴离子 结合形成的化合物。
形成机制
水分子通过配位键与离子 结合，形成一个水分子或 多个水分子围绕离子的络 合物。
特点
水合离子在水溶液中占据 主导地位，对离子在水中 的性质和行为产生重要影 响。
络合离子
定义
络合离子是指通过配位键与多个 配位体结合的离子，通常是由中 心离子与多个配位体结合形成的
THANKS
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氯离子是天然水中最主要的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和海水的蒸发。 它在水中以负一价存在，是强酸根离子，对水的酸碱度有重要影响。氯离子在 水中的含量较高，是评价水质的重要指标之一。
硫酸根离子（SO42-）
总结词
天然水中常见的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和有机物的分解。
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（2）光周期对水生动物摄食的影响
光周期对动物摄食的影响也具有种属特异性。研究 发现蛙形蟹的水蚤幼虫和普伦白鲑幼体的摄食量随 着光周期的缩短而降低，而中华鳖的摄食量不受光 周期的影响。水生动物的摄食不仅受外界环境因素 的影响，而且具有自身的昼夜摄食节律。叶唇龟在 黄昏和黑暗时摄食活动强烈，摄食量最多。而金鱼 24h内有两个摄食高峰，即在9：00-11：00和17： 00-21：00摄食量是较大的，而在晚上13：00-4： 00停止摄食。动物的昼夜摄食节律是为了充分有效 地利用自然界食物资源而进化发展的一种生理节律， 而这一节律地形成又主要取决于光信息。
Ali对大马哈鱼幼鱼的研究证明了这一点。在 最适光照范围之下，由于随着光照强度的减 弱，鱼类越来越难寻找到食物，因而，随着 光照强度的减弱，摄食率逐渐降低，当光照 强度降到视觉阙值以下时，动物就不能从环 境中辨别出食物，导致摄食停止。S型摄食曲 线是指随着光照强度的减弱，摄食量增大， 当光照强度减弱到某一程度时，摄食量达到 最大，且保持基本稳定。中华鳖的摄食量随 光照强度的减弱而增加，在10lx的弱光下达 到最大。具有S型摄食曲线的动物，除视觉外， 尚有其它感觉在摄食中起作用，如鳟在黑暗 中摄食与在有光时一样有效。
（4）光周期对水生动物生长、发育和存活率的影响
许多研究表明，光周期对水生动物地生长和存活率有很大影 响。Minagawa报道，蛙形蟹地幼体随着光周期的延长，生 长和变态都减慢，连续24h的光照对其幼体的生长、变态和 存活都有负作用；鲢、鳙和鲤鱼随着日照时数的延长，生长 速度都加快，但在短日照时数下鲤的生长速度远快于鲢和鳙， 而鲢和鳙在日照10－12h时生长速度最快，成活率最高。动 物可能存在其生长所需的最低和最适光周期，这可能是在长 期进化过程中形成的一种适应性。光周期对动物存活率的影 响还依个体发育阶段的不同而有明显差异。蛙形蟹幼体五龄 以后的存活率，在连续24h的光照下较其它光周期下低，而 大眼幼虫期存活率在光照12h最高，但最后一龄幼虫存活率 在全黑暗条件下与光照6h、12h、18h下相似。这表明水生 动物的不同发育阶段，对光的适应能力有所不同。
第二章 天然水的主要理化性质
教学目的与要求：了解液态水的结构及其异常特性； 了解天然水的依数性。掌握盐度和含盐量的含义； 掌握天然水温度的分布；掌握透明度的概念和检测 方法。 重点：天然水温度的分布。 难点：天然水的依数性。 教学方法:多媒体 学时分配：4
第一节 液态水的结构及其异常特性一、纯 水的异常特性与结构
2、溶解气体
天然水中溶有大气中所含有的各种气体， 除了N2、O2、CO2外，还有惰性气体He、 Ne、Ar、Kr、Xe、Rn也都能在水体中找到。 海水中也含有少量H2，在水交换较差的湖底 及某些海区或孤立的海盆中有时也有游离的 H2S存在。对于部分受污染地区，水中可能还 溶有该地区的污染气体（如硫氧化物、氮氧化 物等）。溶解气体的含量与水的温度、水中动 物代谢活动有关，其含量有明显的昼夜、季节、 周年变化特点和显著的水层差异。
3、营养元素 主要包括与水生生物生长有关的一些元素，如N、P、Si等。 营养元素多以复杂的离子形式或以有机物的形式存在于水体 中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时又称为 “非保守成分”或“生物制约元素”。 4、有机物
水体中的有机物可分为颗粒态有机物和溶解态有机物两大类。 有机物在水体中的含量较低，通常是无机成分的万分之一， 一般1升水中仅几毫克；有机物成分复杂，种类繁多。包括 糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物等；有机物对水质及水生 生物有着多方面错综复杂的影响，适量有机物的存在是使水 质维持一定肥力的重要条件，而过量有机物的存在将会使水 质恶化、鱼病蔓延。
春季全同温期
春季气温回升，大地转暖，太阳辐射使冰盖融化后，将使表层 水温升高。水温在密度最大的温度以下时，温度的升高会使密度增 大，表面温度较高的水就会下沉，下面温度较低的水就会上升，形 成密度流。密度流使上下水对流交换，直到上下水温都是密度最大 时的温度为止。此后，表层水温进一步上升，密度就会减小，不会 产生密度流。如果此时有风的吹拂，可克服热阻力产生涡动混合， 继续使上下水层混合，把上层得到的热量带到下层，水体仍可以继 续处在上下温度基本一致的状态，这时称为春季的全同温期。春季 的全同温可持续到8℃、10℃、甚至15℃以上，这决定于春季的风 力大小、多风天气持续的时间、水的深度和湖盆的形状等。 盐度高于24.9的水，密度最大时的温度低于冰点。融化后，表 面升温不会产生密度流，春季的全同温需靠风力的混合作用来维持。 春季的对流混合作用可把上层丰富的溶氧带到下层，把下层富 含营养盐的水带到上层，对湖泊的初级生产及鱼类的生长都很有利。
（三）天然水的温度分布
对于一般的湖泊池塘，引起水体流转混合的主要因素有 两个方面，一是风力引起的涡动混合，一是因密度差引 起的对流混合。风力的涡动混合水面受到风力的吹拂后， 表面水会顺着风向移动，使水在下风岸处产生“堆积” 现象，即造成下风岸处水位有所增高，此增高的水位就 形成了使水向下运动的原动力，从而产生“风力环流”。 由密度引起的对流作用称为密度环流当表层水密度增大， 或底层水密度减少时，都会出现“上重下轻”的状态， 密度大的水要下沉，密度小的水要上升，这就形成了上 下水团的对流混合。这种混合作用可以是在较小范围发 生的上下对流，也可以是在较大范围发生的环流。水温 在4℃以上、水面只有一部分太阳辐射升温时，也会形 成密度环流。
（二） 天然水的依数性
何谓依数性？ 天然水是一种电解质溶液，其蒸汽压下降、沸点 上升、冰点下降及渗透压仅取决于溶质和溶剂的 物质的量之比，而与溶质的本性无关，这就是天 然水的依数性。随着水中溶质的增加，天然水的 蒸汽压下降，沸点上升，冰点下降，渗透压增加。 天然水的渗透压主要决定于其含盐量。含盐量越 大，渗透压越大。水生生物对水的渗透压有一定 范围的的适应能力。若渗透压变化幅度过大，会 危及水生生物的生存。
水体的温度分布
（1）冬季的逆分层期 我国北方地区的湖泊、水库都可封冻，表面形成 冰盖，冰盖下是接近冰点的水。水温随深度增加 而缓慢升高，到底层水温可以达到或小于密度最 大时的温度。对于淡水，紧冰 点为-1.9℃，密度最大温度低于冰点，结冰时上 下水温都达到冰点，底层水温不会比表层高。盐 度超过24.9的海水都是这种状况，只是冰点有所 不同。
第二节 天然水的主要理化性质
一、天然水的化学组成 按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系可以把天然水的 化学成分分为六类：即常量元素、溶解气体、营养元素、有机物质、微 量元素以及有毒物质。 1、常量成分 常量成分又称为主要离子、恒量元素、保守成分。淡水中的八大离子主 要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-；海水、 中主要有Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-、SO42-、HCO3-、 （CO32-）、Br-、H3BO3和F-。常量成分在水中含量高，性质稳定： 海水中常量成分占溶解盐类总量的99.8%—99.9%，而且它们在海水中 含量的大小有一定的顺序，其比例几乎不变；淡水中常量成分占水体溶 解盐类总量的90%以上。常量成分是决定天然水体物理化学特性的最重 要因素 。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
三、天然水环境主要物理性质
（一）天然水的光学特性 太阳光到达水面以后，一部分被反射，一部 分经折射进入水体。进入水体的部分，一部 分被吸收，一部分被散射，余下的继续向深 部穿透。 在水域生态学中通常用透明度来反映可见光 在水中的衰减状况，表明水中杂质对透过光 线的阻碍程度。
1透明度盘的使用
光照与水生生物的关系
水生动物的生长与光的波长之间存在着一定的联系。 光照强度对水生动物摄食的影响具有种属特异性， 二者的关系是复杂的。 Pertesen就光照强度与动物 摄食之间的关系，提出了两种摄食模型，即具有峰 值的摄食曲线和S型摄食曲线，具有前一种摄食曲 线的动物，是依靠视觉摄食的。光对于视觉摄食的 鱼类是必需的，存在着一个适宜的光照范围，在此 范围内，鱼摄食最为活跃，摄食量最高；高于或低 于此范围的光照强度，都将使摄食量降低，而且， 在个体发育的不同阶段，适宜照度区会有变化。
5、微量元素等 除了常量元素和营养元素以外的其他元素（如同位素等）， 都包括在这一类中。微量元素种类繁多，总量却非常少，仅 占总含盐量的0.1%左右；微量元素中的Fe、Mn、Cu等与生 物的生长有着密切的关系，称为“微量营养元素”。 6、有毒物质 天然水中的有毒物质，按其来源或产生方式的不同大体可分 为两类：一类是来自工农业生产以及日常生活排放的废物， 即所谓污染物质，主要包括有机物、油类、农药及重金属离 子等等；另一类是指由于水体内部物质循环失调而生成并积 累的毒物，如硫化氢、氨、低级胺类、高浓度CO2及赤潮生 物的有毒分泌物等。有毒物质在浓度较低时就会对水生生物 产生毒性作用，并破坏生态系统的平衡；其毒性的大小与该 物质的存在形式有关，并受到多中水体物理化学性质的影响。