水与水生态系统和水生动物的理论关系
水是生命之源,没有水就没有一切生物。
一、水的特性
水的化学式:H₂O,是由氢、氧两种元素组成的无机物,无毒。在常温常压下为无色无味的透明液体。摄氏温标规定在一个标准大气压下水的沸点为100℃。纯水可以导电但十分微弱,属于极弱的电解质。日常生活中的水由于溶解了其它电解质而有较多的正负离子,导电性增强。
水是构成水生动物身体的主要成分,也是水生动物的生存介质和生活空间。一切的外界因素和环境条件都会经过水这个介质作用于生物体,因此水的物理和化学性质的变化都会直接影响水生动物的代谢、生长和繁殖,当水的变化超过水生动物所能承受的极限时,动物就会生病甚至死亡。
二、水的自然形态表述
很小的水坑叫"洼";较大的水坑叫"池";小而深的水坑叫"潭";大而深的水坑叫"渊";广而浅的水坑叫"淀";广而深的水坑叫"湖";湖连着湖叫"泊";泊连着泊叫"泽";水的边际叫"涯";水面涌动叫“荡”;水面微动叫“漾”;水流很急叫“湍”;水流很缓叫“滞”;掀起小浪叫“波”;掀起大浪叫“涛”;两山夹水叫"涧";一面临水叫"滩";两面临水叫"湾";三面临水叫"渚";四面临水叫"洲";人工开凿叫"渠";自山崖落下叫“瀑”;山涧流水叫“溪”;溪水汇聚叫“江河”;
三、水是构成动物身体的主要成分
水构成了动物身体的主要成分,血液含有80%以上的水,肌肉含水70%,骨骼含水40%,参与动物体营养物质的吸收、输送、能量的转换及代谢废物的排泄等重要的生命活动。
水给水生动物提供生活空间,在水里完成索饵、求偶、生育等一系列生命活动;水为大多数水生动物提供氧气;水溶解大自然的矿物质为水生动物提供养分和饵料,浮游植物利用水中的各种营养元素合成有机物后,为浮游动物提供饵料,通过食物链传递到鱼;水容纳水生生物的代谢废物和尸体;水作为传递信息的介质,水生动物的感觉器官和分泌的化学物质必须以水为媒介进行传递,控制和调节索饵、繁殖、区别同伙、发现危险、逃避毒物等行为。
四、水的物理性质
1.温度与体积效应:在水温4°C时密度最大,由4°C起升温或降温,水的密度均逐渐变小,对一般的淡水和海水来说,密度最大时的温度都在冰点之上,因此,结冰总是从水体表面开始,底层水温仍能保持在冰点之上。
2.透明度:因为浮游生物具有一定色泽进而影响水色的变化,浮游生物的多少也影响着水色和透明度的变化。在温度适宜,水体越肥,水体中浮游生物数量越多,水体颜色就越深,水的透明度也越小。一般来说,颜色呈油绿色或淡褐色,透明度在30厘米以下的水体表示较肥,最适宜于养殖滤食性鱼类。如果水体透明度大于30厘米则水体较瘦,适宜于养殖给食性鱼类。
3.气体的溶解和逸出:气体的溶解度:在一定的温度和压力下,气体溶解于水,当其溶解和逸出量达到平衡时的浓度称为气体的溶解度。不饱和程度越高,气体的溶解速度越快,气体溶解入水的速度还与水气界面的运动程度有关,和水气界面面积的大小有关。
4.水是良好的溶剂:自然界不存在化学意义上的纯水,存在很多电解质溶液,大量离子,络合离子,有机物和无机物悬浮物。
五、水的化学性质
天然水体是一种含有有机物和无机物及存在生命活动和物质变化的多成分电解质溶液。
1.络合反应:各种负离子比如氯离子Cl-,氢氧根OH-,硫酸氢钠SO₄²¯,碳酸氢根HCO3-,硫离子S2-,磷酸根PO43-等均可作为无机配位体,水中含有氧(O),氮(N)、磷(P)等原子的有机物质,比如有机酸,氨基酸以及腐殖酸,可作为有机配位体,因此,金属离子水解后会迅速与上述离子结合形成络合物直至平衡,以致游离的金属浓度减小。
2.沉淀反应:与溶解相对,天然水体内经常发生沉淀反应,当其发生时,物质由溶解状态转变为固态,从而脱离了水中的物质循环。
3. 氧化还原反应:伴随着物质化合价的改变的化学反应称为氧化还原反应。
4. 生物化学反应:天然水体内还存在许多需要生物参与才能进行的化学反应,称为生化反应,生化反应与水中的物质转换密切相关,其中最重要的要数光合作用和呼吸作用。
六、海水和海水化学
1. 海水的组成:海水溶存了地球上现已发现的绝大多数元素,有90多种之多,按不同的组分含量和性质差异,人们把海水中的化学成分分为五类,分别为:
1.常量元素:钠离子Na+,镁离子Mg2+,钙离子Ca2+,锶离子Sr2+,氯离Cl-,硫酸根SO42-,碳酸钠HCO3-(CO32-),溴Br-,亚磷酸H3PO3等,这些成分占海水中溶解盐类总量的99.8-99.9%,这些元素在海水含量的大小有一定的顺序,因此也被称为恒量元素。
2.营养元素:包括与海洋生物生长有关的一些元素,比如氮(N)、磷、硅等。
2.微量元素:除了常量元素和营养元素之外的其它元素。
3.溶解气体:海水中溶有大气中所含有的各种气体,除氮气和氧气、二氧化碳和惰性气体以外,有时还含有硫化氢等。
4.有机物质:海水中有机物可分为颗粒有机物和溶解性有机物两大类。
2. 海水盐度:指海水中溶解的全部固体物质的质量与海水质量之比,通常以每公斤海水中所含固体物质的克数表示,淡水盐度小于0.5‰,标准海水的盐度在35‰左右。
七、分子水
分子水通常指的是水分子(H₂O)的集合体或特定状态下的水。水分子是由两个氢原子和一个氧原子通过共价键结合而成的极性分子,具有独特的物理和化学性质。
1.水分子的基本组成与结构
组成:水分子由两个氢原子(H)和一个氧原子(O)组成,化学式为H₂O。
结构:水分子呈V型或角锥型结构,其中氧原子位于顶点,两个氢原子分别位于底边的两端。氧原子带有部分负电荷,而氢原子带有部分正电荷,这种极性使得水分子能够相互吸引并形成氢键。
2.分子水的状态与性质
状态:分子水可以存在于固态(冰)、液态(水)和气态(水蒸气)三种不同的物理状态。这些状态之间的转变涉及分子间相互作用的改变,如氢键的断裂和形成。
2.性质:
热学性质:水具有较高的比热容和热导率,能够吸收和传递大量的热量。
光学性质:水对光线有一定的折射、反射和散射作用,使得水面和水中物体看起来与实际情况有所不同。
电学性质:水分子能够传递电荷,具有一定的导电性。同时,水分子还可以电离成氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH⁻),表现出酸碱性质。
3.分子水的应用与影响
生命活动:水分子是生命体系中最基本的组成部分之一,参与细胞内的各种代谢过程和生物化学反应。同时,水分子还通过调节体温、运输营养物质和代谢废物等方式维持生物体的正常生理功能。
工业生产:在工业生产中,水分子被广泛应用于冷却、洗涤、稀释和溶剂等方面。此外,通过电解水等方法还可以制备氢气等工业原料。
自然环境:水分子在自然界中循环流动,对气候、生态系统和地球环境产生深远的影响。例如,水循环过程涉及蒸发、降水、径流等环节,对气候的调节和生态系统的平衡具有重要作用。
4.特殊类型的分子水
1.小分子团水:有观点认为,小分子团水具有更好的渗透性和溶解性,能够更快地进入细胞并发挥作用。然而,这一观点尚存在争议,需要更多的科学研究来证实。
2.重水(D₂O):重水与普通水(H₂O)相似,但其中的氢原子被氘(D)原子所取代。重水在化学和生物学研究中具有特殊的应用价值,如用于标记化合物和研究生物体内的代谢过程等。
综上所述,分子水是指由水分子组成的集合体或特定状态下的水。它具有独特的物理和化学性质,在生命活动、工业生产和自然环境中发挥着重要的作用。同时,随着科学技术的不断发展,人们对分子水的认识也将不断深入和完善。
八、水质的“肥、活、嫩、爽”
水质的肥、活、嫩、爽是在长期生产实践中对良好水质和水色在视觉上的一个概括。
1、“肥”指水色浓,浮游植物量高并形成水华。养鱼人常用水的透明度大小来衡量水的肥度,或一人站在上风头的池埂上能看到浅滩13-16厘米水底的鱼或贝类等物为度;或以手臂深入水中16-20厘米处弯曲手腕时五指若隐若现作为肥度适当的指标,这样的肥度相当于25-35厘米的透明度和20-50毫克/升的浮游植物量。
2、“活”指水色和透明度常有变化。养鱼人所谓“早青晚绿”或“早红晚绿”以及“半塘红半塘绿”等都是这个意思。观察表明,典型的“活水”是膝口藻水华。这种鞭毛藻类的游动较快,有显著的趋光性。白天常随光照强度的变化而产生垂直或水平的游动,清晨上下水层分布均匀,日出后逐渐向表层集中,中午前后大部分集中表层,以后又逐渐下沉分散。当这种藻类群聚于鱼池的某一边或一角时,就出现所谓半塘红半塘绿的情况。
3、“嫩”指水肥而不老。相对应的是水老主要有两种征象:水色发黄或发褐色;水色发白。水色发白或发褐色的情况就是前面已指出的藻类细胞老化现象,所谓的老茶水(黄褐色)和黄蜡水(枯黄带绿)也属此类。
4、“爽”是指水质清爽,水色不太浓,透明度不低于25-20厘米。所谓“爽”的肥水,浮游植物量一般在100毫克/升以内。100毫克/升大致是鞭毛藻类塘“肥水”和“老水”的分界线,但蓝藻塘“肥水”浮游植物往往超过200毫克/升。
九、几个常识性的认知
自然界的水在常温下为液体,并且有强大的水循环系统比如洋流、暖流,所以,自然界的水处在不停地交换运动和往复循环中。
1.水质的概念:水质是指水及其中所存在的各类物质所共同表现出来的综合特性。这决定着养鱼的成功与否,不同海区、淡水区水成分差异性是很大的。
2.水环境的机能:无论是天然水还是人工养殖的水体,都存在水体的能量流动,物质循环和自净作用三方面的功能。
3.能量流动:能量是维持和延续生命的基础。初级生产者(植物,浮游植物)→沿食物链 →下一营养等级→ 沿食物链→下一营养等级。在人工养殖的水体中,这种能量流动的方式已有所改变。
4.物质循环:物质是组成生物体的材料。水生生物同化、吸收环境中的物质完成生长,发育、繁殖等一系列的生命活动, 死亡后身体被分解,被其他生物重新利用。在物质的循环过程中,生物依赖于环境,同时也在不断地改造环境。
5.自净作用:水体中的物理、化学以及生物作用能在一定程度上分解、转化、降低、甚至消除污染物,使受到污染的水体恢复正常的机能。
备注:本文综合自“三十一鱼生、刘文俊”的文章
(备注:本知乎号"刘文俊"欢迎您的光临!不误导不夸大不炒作不标题党。本文仅供参考和交流!内容和图片大多来源于网络资料,如有异见请告知,欢迎指正和留言讨论,如有不同见解或者内容补充请私信或留言或评论分享!)
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