【干货分享】池塘水体的氧化还原状态与有机物的氧化分解

一、养殖水体的氧化还原状态

水的氧化状态与还原状态的分界不是绝对的，通常将含有丰富溶解氧的水称为氧化态的水（氧化环境），一般未受到人类活动干扰、水交换良好的天然水均为氧化态的水。反之，如一些投苗密度过高、投饵量过大，又缺乏增氧设备的养殖塘，常导致池水溶氧量过低，特别是在高温季节的底层水，可能转化为还原性环境；还有一些水交换较差的水域，如含丰富有机质的沼泽水、地下水及海洋深处等，也常呈现还原状态。在一般情况下，常以地下水面作为地层氧化环境和还原环境的分界面。

在含氧丰富的氧化水环境与缺氧的还原环境中，常见元素的主要存在形态如表1。从表2可知，变价元素可以多种形态同时存在于水环境中，但在不同的环境中，主要存在形态不同。如氮元素,在富含氧水中, NO3-是主要存在形态,含量最高;在还原环境中NH4+(NH3)的含量往往热很高, NO3-含量很低,甚至有时无法检出.

表1、不同氧化还原水环境中常见元素的存在形态

在不同的氧化还原环境中,随着EH的降低,有机物氧化时接受电子的物质也随着改变,即氧化分解有机物的氧化剂发生相应的变化,因而所生成的产物也不一样。

当水中溶解氧含量丰富时，溶解氧作为氧化剂，即通常是电子的接受体，此时水的EH一般为0.4V左右。但生物很快消耗水体中的溶解氧，并开始使用氧化的无机和有机物作为代谢中氢和电子受体，换句话说，由于氧化态化合物作为代谢过程中的氧化剂而减少，这导致水体或底泥的氧化程度相对下降，所以EH降低。在特定的EH时水中出现各种各样的还原性物质。据报道，在大约0.34V时,亚硝酸出现,在大约0.2V时,可检测到亚铁离子,在大约0.1V时,发现硫化氢。亚铁离子的出现与溶解氧的耗竭接近一致。

从实践角度看，如果水体和底泥的溶解氧耗竭，即使EH还不是负值，其条件也有利于某些物质的还原作用。甚至底泥表面是氧化态，泥里面也会产生还原条件。图1为这种现象的表现。


在其它条件相同的情况下，有机物浓度高的塘泥比有机物浓度低的塘泥还原条件所出现的深度要浅得多。观察塘泥一般可以从颜色中判断出是氧化态还是还原态。一些亚铁离子化合物是黑色的，所以还原态的泥是黑色的。氧化态泥的表面可能覆盖一层棕色胶状物或呈现其它天然颜色。

二、水环境中有机物的氧化分解

当水中溶氧含量丰富时，通过好氧菌的作用，有机物可以得到彻底的氧化分解，最终的产物基本无毒：
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2--→106CO2+16HNO3+122H2O+H3PO4

在溶解氧丰富的水环境中，高价元素的化合物，如NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2等是稳定的；如果水中溶解氧被耗尽而成为无氧水时，NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2将被还原为NH4+、Fe2+、S2-、Mn2+等。
   
在缺氧条件下，有机物氧化分解不完全，会产生对水生生物无益甚至有害的物质。例如，当溶解氧被耗尽，以NO3-作为氧化剂时，有机物的氧化分解将在厌氧菌作用下发生脱氮反应。此反应如果发生在养殖池塘，池水的肥力将被降低：
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+84.8HNO3--→106CO2+42.4N2+148.4H2O+16NH3+ H3PO4

若水中尚含有足量的NO3-,则NH3可以继续被氧化,发生脱氮反应:
5 NH3+3HNO3--→4N2+9 H2O
   
若水中NO3-也被消耗尽,有机物便以SO42-作为氧化剂,通过厌氧菌的作用生成对水生生物有害的NH3与H2S:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+53H2SO4--→106CO2+53H2S+16 NH3