《养殖水化学》课程教学大纲.docx
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《养殖水化学》课程教学大纲
《养殖水化学》课程教学大纲
一、课程基本情况
课程编号：
137D47F学分：
3周学时：
4
总学时：
68开课学期：
第2学年第2学期（2.2）
开课学院：
海洋学院
英文名称：
AquaticChemistryforAquaculture
适用专业：
水产养殖学
课程类别：
专业教育平台课
课程修读条件：
无机和分析化学，有机化学
网络课程地址：
二、课程简介
养殖水化学全面系统地介绍天然水（包括江河、湖泊、水库、近海海域和池塘）的主要理化特性、化学组成与时空分布变化规律及其与水生生物之间的相互关系；介绍天然水中与水生生物相关的主要化学过程和动态平衡状况；介绍各类污染物质在水环境中的迁移转化机理以及污染的生态效应；介绍养殖水体水质的调控原理及其技术。
养殖水化学是水产养殖学专业的专业基础课，为学生学习后续课程提供必需的天然水与渔业用水的水化学基础理论，也为学生毕业后从事水产科学研究、养殖水质调控与管理、水环境保护等工作提供必要的水环境化学理论、知识与技能。
三、教学目标
总目标：
熟悉并掌握天然水、渔业用水的水化学基础理论。
培养学生从事水产科学研究、养殖水质调控与管理、水环境保护等工作所必要的水环境化学理论、知识与技能。
知识目标：
了解并掌握天然水（包括江河、湖泊、水库、近海海域和池塘）的主要理化特性、化学组成与时空分布变化规律及其与水生生物之间的相互关系；熟悉天然水中与水生生物相关的主要化学过程和动态平衡状况；掌握养殖生产过程中主要污染物质在水环境中的迁移转化机理以及污染的生态效应。
能力目标：
能为从事水产科学研究、养殖水质调控与管理、水环境保护等工作提供必要的水环境化学理论、知识与技能。
素质目标：
能拿得起，做得准，说得清。
即培养学生能自己动手完成养殖生产中常见水质指标的准确检测；又能结合养殖水化学理论知识，解释水质指标的变化内在过程和机理。
三、教学内容及学时分配
第一章绪论（2学时）
教学目标：
让学生了解我国水资源现状；了解并掌握天然水中的主要成分及其复杂性，天然水中化学成分的形成；知晓养殖水化学课程在水产养殖学专业教学体系中的地位，养殖水化学与水产养殖生产之间的紧密关系。
基本内容：
1、常见水质指标有哪些？
2、我国主要的水质标准有哪些？
分别适用于什么条件？
3、常见水质指标与水产养殖之间的关系
教学方法：
1、介绍该课程的总体教学安排，包括教学进度、考核方式、实验安排等；
2、给出课程学习的方法建议；
3、介绍本课程学习的参考资料；
4、进入主题：
我国水资源现状—水污染现状—水质指标体系—重要的水质标准—水化学与水生生物的关系—水化学与水产养殖的关系。
课外学习任务：
利用网络资源，掌握海拔高度对大气压力的影响，并能根据海拔高度计算平均大气压力；上网查找了解宁波市的水资源现状，宁波市的养殖水环境现状和宁波市区的酸雨情况以及近年来的变化等。
第二章水环境基本理论（5学时）
教学目标：
了解天然水的化学组成及主要物理化学性质。
熟练掌握阿列金分类法划分各种地表水体的水化学类型；掌握各种水体的温度季节变化及其分层的规律；熟悉养殖池塘水体水温日变化及水体分层变化的一般规律。
基本内容：
1、天然水的化学组成；
2、天然水体的十大化学特性；
3、海水常量成分恒定性原理及其应用；
4、天然水中离子的存在形态；
5、活度与活度系数的求算；
6、天然水的依数性；
7、天然水体的光学特性
8、水的温度-体积效应异常特性；
9、天然水的分层特点；
10、含盐量的表示方法；
11、阿列金分类法和水质水化学类型的划分。
教学方法：
1、根据上述知识点安排教学内容；
2、与本章理论教学相对应的有三个实验：
包括总碱度的测定、总硬度及钙、镁离子含量的测定，结合生产实际阐明这些指标在水产养殖中的重要性。
3、重点介绍天然水的化学组成：
主要离子、溶解气体、营养元素、有机物质、微量元素、有毒有害污染物等；十大化学特性；海水常量成分的概念、原因及其使用。
4、重点介绍天然淡水湖泊和水库的四季温度分布：
春季全同温、夏季正分层、秋季全同温、冬季逆分层。
阐明天然湖泊和水库的主要区别。
5、要求掌握总含盐量、离子总量、矿化度、氯度、盐度等的概念，及其相互间的关系。
6、要求学会利用不同的分类法判断水质类型，重点掌握阿列金分类法。
课外学习任务及要求：
课外学习并掌握活度与活度系数的求算；结合pH值得概念，根据pH、氢离子的活度系数推导非离子氨计算公式；查阅有关资料，能熟练地运用阿列金分类法，划分河流及湖泊等地表水体水质的水化学类型。
掌握并运用水体水温分层变化规律，解释水库中一些水质指标的异常变化现象。
第三章天然水的气-液溶解作用（7学时）
教学目标：
了解一般的气体溶解理论，掌握两大系统的有关理论：
一是氧气溶解及其相关理论；二是二氧化碳系统组成及其相关理论。
基本内容：
1、气体溶解的双膜理论；
2、亨利定律、道尔顿定律；
3、影响气体溶解的各种因素；
4、天然水中的增氧与耗氧作用；
5、溶解氧的分布变化规律；
6、溶解氧的生态学意义；
7、养殖水体溶解氧的调控；
8、二氧化碳系统的组成；
9、天然水的pH及缓冲体系；
10、二氧化碳系统各分量的求算。
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、本章是全课程的重点核心内容之一，各知识点均要求同学掌握；
3、涉及溶解氧的计算时，要求能熟练完成不同自然条件下溶解氧饱和含量及饱和度的计算。
（1）实际水中的溶解氧有多少？
（2）理论上溶解氧应是多少？
（3）实际水中溶解氧的饱和度是多少（4）如此的溶解氧状况与水中生物的生长之间有何关系。
通过溶解氧的碘量法测定原理和整个计算的过程诠释，让同学掌握溶解氧的测定原理、亨利定律和道尔顿定律的使用方法、饱和度的运算、包括溶解氧的生态学意义等。
通过这样的形式，把溶解氧章节的教学内容串起来，起到融会贯通的效果。
4、讲授二氧化碳系统时，采用类似的教学方法。
从二氧化碳系统的组成出发，通过复习碱度、硬度等概念，承上启下，温故知新；从缓冲容量的求算带出天然水的pH及缓冲容量等内容；从各分量的求算引申至水体二氧化碳系统的调控，包括pH、碱度、缓冲能力等的调控原理等。
5、与本章理论相关的实验是水产养殖中关注度最高的水质指标之一，即溶解氧。
要求同学熟练掌握溶解氧测定的经典方法—碘量法的原理，熟悉共存物干扰碘量法测定溶解氧的化学机理及消除方法；熟悉测定过程中操作的各个环节可能出现的误差、操作失误，并能准确测定出结果，能达到国家标准方法对分析检测结果准确度的要求；以此为基础，熟悉生物化学需氧量的测定，熟悉水体初级生产力的测定。
介绍溶解氧检测方法的发展过程，了解电化学溶解氧测定仪、光学（荧光法）溶解氧测定仪的检测原理，进一步拓展学生的视野。
课外学习任务及要求：
通过课外作业，熟练掌握不同环境条件下（海拔高度、水温、湿度和盐度等）溶解氧饱和含量、溶解氧饱和度的计算；熟练掌握水中二氧化碳系统各分量的求算；熟练掌握经典碘量法测定水中溶解氧的原理和熟练溶解氧测定的操作技术并达到国家标准方法要求的准确度；熟练掌握并计算实际生产过程中遇到的养殖用水酸碱度调整时酸碱的用量，养殖用水如地下水曝气等物理处理后水的最终酸碱度计算。
第四章天然水中营养物质及其循环（5学时）
教学目标：
掌握水生植物对营养元素吸收的一般规律；重点掌握水中氮、磷、硅等营养元素的循环；掌握水体富营养化的基本概念及其与水产养殖之间的相关性。
基本内容：
1、水体主要的营养元素；
2、米氏方程与半饱和常数；
3、水中氮元素的存在形态；
4、非离子氨的求算；
5、水中氮元素的迁移转化作用（同化、氨化、硝化、反硝化等）；
6、水中磷元素的存在形态；
7、影响磷元素迁移转化的因素；
8、水体富营养化的成因与危害；
9、富营养化与水产养殖的关系；
10、介绍不同形态氮的测定方法。
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、氮磷是本章重点，各知识点均要求同学掌握；
3、通过图解的方式，让同学了解氮磷元素在水体中的迁移转化规律。
特别是氮元素，其各种作用的原理、影响因素都需详细讲解。
对于磷，更强调的是溶解态与颗粒态之间的转化。
4、非离子氨、亚硝酸盐是养殖水体中非常重要的水质指标，其含量的分析求算是重点。
5、针对当前循环水养殖系统在我国水产养殖中日益增多，需要补充有关利用氮的各种作用有效调控有毒形态氮含量的方法。
6、基于施加氮磷可起到肥水的作用，详细介绍不同形态氮磷肥的特性，施加后各项水质指标的相应变化，以及合理的施加方式等。
7、基于水体富营养化是大众普遍关注的严重的水质问题，将对此作详尽讲解。
在解释海水赤潮时，应将不同的成因解说均介绍给学生，以拓宽思路。
从我国中国对虾养殖业的兴衰入题，分析青岛海域浒苔的暴发、海南海星的暴发、大面积海域海蜇的暴发以及近年来三疣梭子蟹的旺发，探讨海洋生物资源与海洋环境之间的关系，进一步拓展环境问题（包括水体富营养化）的视野，探讨可持续的水产养殖业与环境相互关系。
课外学习任务及要求：
熟练掌握不同水体的非离子氨含量的求算；了解我国地表水水体及近岸海水水域营养状况的评价方法并能进行正确计算和评价。
利用网络资源，要求同学们更深地了解水产养殖与环境、海洋生物资源与海洋环境的密切关系。
第五章天然水的氧化还原作用（4学时）
教学目标：
要求学生掌握水体中氧化还原电位的概念、意义及其影响因素；氧化还原电位与水体pH的关系、养殖水体氧化还原电位与水中物质存在形态之间的关系。
重点掌握天然水和养殖水体中有机物含量的表示方法及有机物的迁移转化规律。
基本内容：
1、电子活度、pe、氧化还原电位（EH）和水体的氧化还原电位（ORP）的定义；
2、常见氧化态物质与还原态物质；
3、养殖水体ORP的分布变化规律；
4、氧化还原电位（EH）与与pH和养殖水体ORP与pH之间的关系；
5、表征水体有机物含量的指标；
6、表征有机物含量指标的几种测定方法；
7、养殖水体中的常见有机物；
8、养殖水体有机物的好氧分解与厌氧分解；
9、有机物的两重性；
10、难降解有机物；
11、颗粒态有机物与溶解态有机物的相互转化规律；
12、有机物的气提与浮选作用；
13、循环养殖水处理系统中有机物的降解原理。
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、着重介绍养殖水体ORP的变化规律，特别要突出介绍目前科研工作中不断出现的以ORP反映水体氧化还原状态的趋势，介绍ORP与DO之间关系以及参数ORP的实际应用价值和使用的局限性。
3、结合我国水环境国家标准中几个表征水体中有机物含量的水质指标，对其不同检测的方法进行比较，并阐明不同测定方法的原理与数据处理方法，其中要特别强调各种测定方法的具体测定条件：
如BOD5测定时要从温度、时间、光照、菌种、稀释等多个方面予以说明；地表水环境质量标准中的高锰酸盐指数的测定方法与海水的化学需氧量（简称为COD，仔细说明其与地表水域废水的化学需氧量（也简称COD）的区别）测定的异同。
介绍表征水中有机物含量的其它几个参数TOC、TOD及其几个参数间的相互关系。
4、结合养殖水处理系统的运行流程，详细介绍有机物的降解规律：
如蛋白分离器—利用气提和浮选原理有效去除有机物；混凝沉淀—利用有机物吸附搭桥等原理；生物滤器和氧化塘法—利用微生物的存在对有机物进行好氧分解，等等。
在讲解有机物降解方法时，把涉及有机物迁移转化的各种作用加以贯穿。
5、水体中有机物的存在具有两重性：
过多的有机物会导致水体缺氧、有毒有害物质的积累；而有机物又是水体的潜在肥源，有机物过少，水中饵料生物的数量会不足。
因此，介绍实际生产中是如何合理控制水体有机物的含量，有哪些技术措施，拓展理论结合实际的能力。
6、基于我国水污染中有机物含量高居不下、种类繁杂多样的现状，讲授难降解有机物和内分泌干扰物质的概念，以及国内外研究的现状。
同时引出生产上使用的许多渔用药物对养殖水环境及其周围水环境的影响。
7、与本章相关的实验为碱性高锰酸钾法测定和“高锰酸盐指数的测定、海水化学需氧量的测定”。
选择碱性高锰酸钾法测定，而不是酸性高锰酸钾法，是因为现行的渔业水质标准和海水水质标准均选用该法，海水养殖已经在水产养殖中占有很大的比重，故选择之，而此化学需氧量的测定方法有别于一般环保监测部门中所用的方法。
课外学习任务及要求：
了解我国水产养殖生产过程中的养殖污水处理技术现状，细致区分化学需氧量COD、生化需氧量BOD、总有机碳TOC、总需氧量TOD、高锰酸盐指数等指标间异同。
熟练掌握海洋监测规范中的化学需氧量（碱性高锰酸钾法）和地表水中高锰酸盐指数的监测方法之原理及操作技术。
第六章水环境污染（4学时）
教学目标：
要求学生了解水环境污染的基本概念、污染物的种类与来源、毒物的基本概念及其鉴别、水中主要污染物的特性及其迁移转化规律。
基本内容：
1、水中最主要的污染物种类；
2、养殖水体中的污染物；
3、毒物的基本概念；
4、常见的毒性参数；
5、包括渔用药物等在内的毒性，其毒性的鉴别；
6、影响毒物毒性大小的因素；
7、重金属的迁移转化规律及其毒性；
8、常用农药及其毒性；
9、石油污染对水生态系统的影响。
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、重点讲授与水产养殖有关有毒物质的毒性，其半致死浓度的确定，安全浓度的求算，影响毒性的各种因素。
重点介绍急性毒性试验的设计方法，半致死浓度求算的几种方法并对不同方法的使用条件、优劣作比对说明。
3、重点突出讲授水产养殖生产中常用渔药对水质及水生态系统的影响。
要特别强调说明对于藻类、微生物的毒性试验和水产动物的毒性试验之间的差别。
4、通过生产实例，说明重金属对水产动物的影响以及如何根据其迁移转化特性，采取哪些技术措施使影响减至最低。
5、描述几代农药的特征（重点突出是否在水环境中存在长期的生态毒性），如有机氯农药、有机磷农药、菊酯类农药、杂环农药等，介绍其对水产动物的影响以及如何在水环境中将其消除的方法。
课外学习任务及要求：
污染物对水产生物的半致死浓度和安全浓度的求算。
第七章几种主要类型天然水及其特征（3学时）
教学目标：
要求学生掌握大气降水、江河、湖泊、海洋、地下水五种主要类型天然水的化学组成及其特征。
基本内容：
1、大气降水的化学组成及其特性；
2、我国江河的化学组成及其特性；
3、我国主要湖泊的化学组成及其特性；
4、海洋的主要化学组成及其特性；
5、地下水的组成及其特性；
6、怎样的水可用作水产养殖用水。
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、对于大气降水，主要讲授降水的酸化问题—酸雨、湿沉降和干沉降带来的营养元素导致受纳水体（主要介绍水库等生活饮用水水源地水体）产生氮富集的现象、暴雨径流引起的水污染负荷使受纳水体的环境容量不堪重负，导致的水环境问题。
3、对于江河，主要讲授我国不同江河流域之间水质含盐量和水化学类型的差异，由此而形成的不同江河流域水生生态系统组成和结构的差异。
4、对于湖泊，主要讲授我国重点湖泊、水库（设有国控断面的湖泊、水库）的水质和营养状况的现状，结合宁波城市饮用水水源水库和东钱湖，分析湖泊、水库水质变化的影响因素、污染控制方法、保水渔业措施的实施。
5、对于海水，从成因、控制等方面着手，重点讲授对海水养殖影响比较大的赤潮，以我国中国对虾养殖的兴衰为切入点，探讨大规模海水养殖对海洋环境、海洋生物资源的影响。
讲授水产养殖动物的淡化养殖的可行性和需要引起注意的有关问题并根据水化学有关知识从原理上加以阐述；咸淡水（人工海水、人工咸淡水）苗种繁育生产中，如何应用水化学知识调控好育苗用水，指导育苗生产。
6、对于地下水，主要讲授地下水是否可以用于水产养殖用水，一般需要要对那些水质指标进行关注并加以调控，调控关键技术是什么？
水化学原理又是什么？
课外学习任务及要求：
联系利用水温低又比较稳定的地下水开展石蛙养殖、娃娃鱼养殖等的实际，介绍解决生产上遇到的实际水质问题；针对中华绒螯蟹、罗氏对虾等咸淡水繁育生产中可能碰到的实际水质问题，解释产生的原因，提出解决的方法；南美白对虾虾苗淡化生产中，可能碰到的具体问题，探讨解决之道。
第八章养殖水体调控原理与技术（4学时）
教学目标：
要求学生掌握我国渔业水域的水质概况、水产养殖与环境间相辅相成的关系，重点掌握养殖水体水质调控的依据与原则。
基本内容：
1、我国海洋渔业水域水质概况
2、我国内陆渔业水域水质概况
3、养殖与水环境的关系
4、水产养殖与可持续发展
5、养殖水体水质调控的依据和原则
6、水质调控技术的类型
7、工厂化养殖与育苗水质调控模式介绍
教学方法：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、介绍最近一年的海洋环境质量公报和渔业环境质量公报，让学生了解当前渔业水与环境的水质状况，知道哪些指标较好，而哪些指标却迟迟得不到改善，原因何在？
3、环境可以影响水产养殖的产量和质量，而水产养殖带来的污染问题也日益引起人们的重视，本章将重点介绍水产养殖的自身污染问题，如氮磷的书橱、有机物的积累、病原生物的排放等等。
4、通过图解的方式，介绍当前设施渔业中常用的水处理技术，包括生物滤器、泡沫分离器、臭氧处理设备、沉淀池、鱼菜共生系统等等，详细介绍每一种工艺的原理，工艺流程，不同工艺的串并联使用等等。
5、就每一种处理方法的优缺点进行比较。
课外学习任务及要求：
要求学生安一定排时间深入到设施化养殖企业（拥有循环水养殖系统），了解循环水养殖系统的工艺流程、运行过程需要对哪些水质指标进行调控，拓展学生参与水产养殖生产的内容，拉近校门与厂门的距离。
五、实验主要内容及学时分配
序号
实验项目名称
实验类型
实验类别
时数
每组人数
1
养殖水化学实验室仪器的原理和正确操作使用，包括烘干箱、分析天平、电热式玻璃器皿干燥器、采水器（颠倒采水器）、盐度计、pH、溶氧仪、水质多参数测定仪、分光光度计、水样抽滤器、负压式BOD测定仪、离子色谱仪、CTD、温深仪等
演示、操作
专业
4
2
2
碱度和pH值的测定
综合
基础
4
1
3
地下水曝气试验（曝气前后碱度、pH的测定）测定总溶解无机碳DIC（或称总二氧化碳）
研究
专业
3
4
总硬度与钙、镁离子含量的测定
综合
基础
3
1
5
海淡水的钙镁离子含量及钙镁离子含量比例的测定
研究
专业
3
6
溶解氧的测定
综合
专业
基础
4
1
7*
水体初级生产力的测定
研究
专业
4
8**
水体生物需氧量（BOD5）的测定
研究
专业
4
9
高锰酸盐指数的测定
综合
专业
基础
3
1
10
亚硝酸盐的测定
综合
专业
3
2
11
活性磷酸盐的测定
综合
专业
3
2
注：
实验7*和实验8**可以任选一个实验。
实验成绩评定标准：
（1）养殖水化学实验最终成绩：
取10个实验成绩的平均值。
（2）每个实验成绩，按五方面加权得到，权重如下：
实验预习报告及提问（实验理论）占20%，实验态度占20%，实验操作技能占20%，实验报告占40%（其中实验原始数据记录10%，其它占30%）。
六、考核及成绩评定方式
序号
考核方式
成绩比重（%）
1
听课、课堂提问
网上问题讨论
15
2
期中测验
15
3
实验成绩
30
4
期末闭卷考试
40
合计
100
七、教材及参考书目：
类别
教材名称
编者
出版社
出版时间
教材
养殖水环境化学
雷衍之主编
中国农业出版社
2004.1
参考书
海水养殖水化学
王宪编著
厦门大学出版社
2006.2
水化学
陈佳荣主编
中国农业出版社
1996.5
淡水养殖水化学
吴新儒主编
农业出版社
1980.9
海水化学
陈觉民主编
农业出版社
1986.12
水化学（第二版）
王凯雄等编著
化学工业出版社
2010.1
淡水养殖水化学
雷衍之主编
广西科学技术出版社
1993.7
养殖水环境化学实验
雷衍之主编
中国农业出版社
2006年版
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