【干貨分享】池塘水體的氧化還原狀態與有機物的氧化分解

一、養殖水體的氧化還原狀態

水的氧化狀態與還原狀態的分界不是絕對的，通常將含有豐富溶解氧的水稱為氧化態的水（氧化環境），一般未受到人類活動干擾、水交換良好的天然水均為氧化態的水。反之，如一些投苗密度過高、投餌量過大，又缺乏增氧設備的養殖塘，常導致池水溶氧量過低，特別是在高溫季節的底層水，可能轉化為還原性環境；還有一些水交換較差的水域，如含豐富有機質的沼澤水、地下水及海洋深處等，也常呈現還原狀態。在一般情況下，常以地下水面作為地層氧化環境和還原環境的分界面。

在含氧豐富的氧化水環境與缺氧的還原環境中，常見元素的主要存在形態如表1。從表2可知，變價元素可以多種形態同時存在于水環境中，但在不同的環境中，主要存在形態不同。如氮元素,在富含氧水中, NO3-是主要存在形態,含量最高;在還原環境中NH4+(NH3)的含量往往熱很高, NO3-含量很低,甚至有時無法檢出.

表1、不同氧化還原水環境中常見元素的存在形態

在不同的氧化還原環境中,隨著EH的降低,有機物氧化時接受電子的物質也隨著改變,即氧化分解有機物的氧化劑發生相應的變化,因而所生成的產物也不一樣。

當水中溶解氧含量豐富時，溶解氧作為氧化劑，即通常是電子的接受體，此時水的EH一般為0.4V左右。但生物很快消耗水體中的溶解氧，并開始使用氧化的無機和有機物作為代謝中氫和電子受體，換句話說，由于氧化態化合物作為代謝過程中的氧化劑而減少，這導致水體或底泥的氧化程度相對下降，所以EH降低。在特定的EH時水中出現各種各樣的還原性物質。據報道，在大約0.34V時,亞硝酸出現,在大約0.2V時,可檢測到亞鐵離子,在大約0.1V時,發現硫化氫。亞鐵離子的出現與溶解氧的耗竭接近一致。

從實踐角度看，如果水體和底泥的溶解氧耗竭，即使EH還不是負值，其條件也有利于某些物質的還原作用。甚至底泥表面是氧化態，泥里面也會產生還原條件。圖1為這種現象的表現。


在其它條件相同的情況下，有機物濃度高的塘泥比有機物濃度低的塘泥還原條件所出現的深度要淺得多。觀察塘泥一般可以從顏色中判斷出是氧化態還是還原態。一些亞鐵離子化合物是黑色的，所以還原態的泥是黑色的。氧化態泥的表面可能覆蓋一層棕色膠狀物或呈現其它天然顏色。

二、水環境中有機物的氧化分解

當水中溶氧含量豐富時，通過好氧菌的作用，有機物可以得到徹底的氧化分解，最終的產物基本無毒：
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2--→106CO2+16HNO3+122H2O+H3PO4

在溶解氧豐富的水環境中，高價元素的化合物，如NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2等是穩定的；如果水中溶解氧被耗盡而成為無氧水時，NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2將被還原為NH4+、Fe2+、S2-、Mn2+等。
   
在缺氧條件下，有機物氧化分解不完全，會產生對水生生物無益甚至有害的物質。例如，當溶解氧被耗盡，以NO3-作為氧化劑時，有機物的氧化分解將在厭氧菌作用下發生脫氮反應。此反應如果發生在養殖池塘，池水的肥力將被降低：
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+84.8HNO3--→106CO2+42.4N2+148.4H2O+16NH3+ H3PO4

若水中尚含有足量的NO3-,則NH3可以繼續被氧化,發生脫氮反應:
5 NH3+3HNO3--→4N2+9 H2O
   
若水中NO3-也被消耗盡,有機物便以SO42-作為氧化劑,通過厭氧菌的作用生成對水生生物有害的NH3與H2S:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+53H2SO4--→106CO2+53H2S+16 NH3