PH值与二氧化碳有大秘密

PH代表水中的氢离子浓度，定义为分子氢离子浓度的负对数(-log[H+])。当pH值低于7时，水被视为酸性；当pH值高于7时，水被视为碱性。纯水是经过完全净化且不含矿物质的水，因此离子浓度较低。在25摄氏度时，纯水的pH值为7，具有相同数量的氢 (H+) 和羟基 (OH–) 离子 （图1）：

由于纯水具有等摩尔浓度的H+和OH-它在反应中呈中性，既不是酸性也不是碱性。25℃时纯水的pH值为7，水呈中性反应，但在较低温度下，中和点的pH值稍高，反之亦然。

二氧化碳 (CO2) 溶解在水中，并与水反应生成极小但等摩尔本构形式的H+离子和碳酸氢根 (HCO3–)。

纯净水是经过完全净化的水，不含矿物质，因此离子浓度较低。在25℃的温度下，纯水的pH值为7.0。然而，如果长时间放置在空气中，水会与大气中的二氧化碳接触并形成平衡，这种平衡将使pH值降至5.6左右。

二氧化碳通过空气和水生生物的呼吸进入水中，天然水中二氧化碳的浓度通常大于大气中二氧化碳的平衡浓度。此外，天然水中的碳酸氢盐通常比纯净水中更丰富。这是与水接触的石灰石、硅酸钙等矿物质溶解的结果。

等式2中的反应达到平衡，其中反应物（CO2和水）和产物（氢离子和碳酸氢盐）的浓度具有由常数平衡数（K）确定的特定摩尔比，如下

然而，水解离很少，摩尔浓度不受影响，方程3可以重写

在二氧化碳和水的反应中， 25℃时K值为10＾-6.35 。当碳酸氢盐浓度为61mg/L（0.001 mol）、pH为7.0时，平衡常数（K=10 -6.35 ）所需的二氧化碳浓度为10＾-3.65 M或9.85 毫克/升。根据等式4计算不同pH值下的二氧化碳浓度，表明当二氧化碳被去除时，pH值会增加。

当植物利用二氧化碳进行光合作用时，水产养殖池塘的pH值通常会在白天升高。晚上，池塘中的生物体进行呼吸，释放二氧化碳，导致pH值下降。在其他生产系统中，二氧化碳去除过程会提高pH值，反之亦然。

较低的碱度还会减少特定pH水平下水中的二氧化碳含量。在61mg/L碳酸氢盐（碱度50mg/L）下，pH 为7时，水含有9.9 mg/L二氧化碳。在30mg/L或10＾-3.31 mol 碳酸氢盐（25mg/L碱性）下，水只能容纳4.82 mg /L二氧化碳（pH7时）。

水温也会影响特定pH值下的二氧化碳浓度。10°C的水，淡水中二氧化碳反应的K为10＾-6.69，25°C时会产生更高的碳浓度。

当pH值高于8.3-8.4时，水被认为不含二氧化碳，但水生植物可以从碳酸氢盐中获取二氧化碳用于光合作用。碳酸氢根被植物吸收，通过碳酸酐酶催化的反应，两个碳酸氢根离子转化为二氧化碳和碳酸根离子(CO32- ) ( 图5 )。

图5中释放的二氧化碳用于光合作用，释放到水中的碳酸根离子会水解去除H+，并导致pH值上升（高于 8.3，可以达到 9.0 或更高）。夜间呼吸作用释放的二氧化碳将碳酸盐转化回碳酸氢盐，从而降低pH值，当碳酸盐消失时，二氧化碳继续释放，导致pH值继续降低。高碱度和高钙浓度的水，碳酸盐与钙反应生成碳酸钙沉淀。在循环水养殖系统或孵化场中，碳酸钙沉淀可能对卵和幼苗有害，并可能导致系统表面沉积。

一般来说，在溶解氧浓度足够的水中，20毫克/升或可能更多的二氧化碳对水生动物几乎没有伤害或没有伤害。当溶解氧水平较低时，二氧化碳浓度升高伤害是非常巨大的，因为它会抑制鱼类血液中血红蛋白的饱和度，甚至可能抑制无脊椎动物血液中血蓝蛋白的饱和度。低溶解氧浓度通常与高CO浓度相关，通过呼吸释放CO的速率高于光合作用或其他方式提供的溶解氧的速率。

水产养殖池塘的二氧化碳浓度白天通常较低，但夜间可能超过20毫克/升。当溶解氧浓度最低时，二氧化碳浓度通常最高。

水中二氧化碳浓度高，会干扰鱼鳃排出二氧化碳。这会增加血浆中二氧化碳的浓度，从而降低血液的pH值。这种情况会降低血红蛋白的氧结合能力，并减少鳃中血液对氧气的吸收，即使溶解氧浓度很高也是如此。水中二氧化碳浓度升高的总体影响是降低呼吸效率和水生动物对低溶解氧浓度的耐受性。

在一定的溶解氧浓度（例如2毫克/升）下，当二氧化碳含量较高时，鱼虾可能会缺氧窒息，而当二氧化碳含量较低时，鱼似乎不受影响。如果积累缓慢且溶解氧浓度在5mg/L以上，鲶鱼可以耐受20-30mg/L的二氧化碳。

二氧化碳、pH值和碱度密切相关，会对水生动物的生产力、应激水平和健康以及池塘中氨和某些金属的毒性产生深远影响。二氧化碳是池塘产酸的主要来源，降低pH值，因此碱度较高时，中和二氧化碳的能力较好。