第 7 课 碱度、硬度与 pH 调控¶
Part II · 掌握参数 ｜ 前置：第 5–6 课 ｜ 对应原书：3.2.5、3.5 一句话：pH 是"体温"，碱度（KH）是"血量"。体温掉下来之前，血量早就被抽干了 —— 所以调 pH 之前要先看 KH，否则你会把系统一次推下悬崖。
7.1 先分清三个词¶
这三个词在中文里常被混用，但在鱼菜共生里必须严格区分：
| 指标 | 中文 | 英文 | 测的是什么 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| pH | 酸碱度 | pH | 氢离子浓度的负对数 | 无量纲 |
| KH | 碳酸盐硬度 / 碱度 | Carbonate Hardness / Alkalinity | 能中和酸的物质总量（主要是 HCO₃⁻、CO₃²⁻） | mg/L（或 dKH） |
| GH | 总硬度 | General Hardness | 钙、镁离子的总量 | mg/L（或 dGH） |
最容易混的一对是 KH 和 GH。 记忆方法：
- KH = 抗酸能力（Key: pH 的缓冲）
- GH = 钙镁含量（Growth: 植物与鱼的结构材料）
一个系统可以 KH 高而 GH 低（比如加了碳酸氢钾），也可以 GH 高而 KH 低（比如加了氯化钙）。
⚠️ 还有一个常见陷阱：KH 在化学上"通常"与碱度（Alkalinity）数值接近，但不完全等价。碱度也包括硼酸盐、硅酸盐等贡献。在淡水鱼菜共生的实践范围内，把 KH 当碱度用是可以的，但要清楚这是近似。
7.2 为什么 KH 是五大关键参数之一¶
7.2.1 硝化是一个持续产酸的过程¶
第 3 课已经推出：
NH₄⁺ + 2 O₂ → NO₃⁻ + 2 H⁺ + H₂O
每完成一次硝化，就产生 2 个 H⁺。 这些 H⁺ 必须被"吃掉"，否则 pH 会持续下降。
7.2.2 KH 是那个"吃酸的人"¶
H⁺ + HCO₃⁻ → H₂CO₃ → CO₂ + H₂O
↑
碱度在这里被消耗
所以系统的运行本质是：
硝化不停产酸 → KH 不停被消耗 → KH 降到底 → H⁺ 无处可去
→ pH 断崖式下跌
7.2.3 断崖崩溃（"老缸综合征"）¶
独立信源（UF/IFAS）：总碱度低于 20 mg/L 时，常见硝化细菌无法有效工作。一旦碱度耗尽，pH 可能显著且迅速地下降，同时杀死鱼和硝化细菌 —— 这被称为"老缸综合征"（old tank syndrome），在天然低碱度水源的新系统里也可能发生。
这是鱼菜共生最阴险的一种崩溃，因为：
- 缓慢积累、突然爆发：KH 从 120 掉到 30 是渐进的（几周），从 30 掉到 0 然后 pH 崩是突发的（几小时）。
- 表面上一切正常：pH 一直稳定在 6.8，你会以为没事 —— 这正是缓冲在工作。
- 崩溃时三重打击：pH 骤降 → 鱼受冲击 + 细菌停工 → 氨累积 → 鱼死。
这就是为什么第 8 课的周检清单里必须有 KH。 只看 pH 是看不出 KH 正在被抽干的。
7.2.4 目标带¶
| KH | 状态 |
|---|---|
| 60–140 mg/L | 目标带（原书） |
| 20–60 mg/L | 偏低，需补碱 |
| < 20 mg/L | 危险线，硝化菌罢工 |
| > 200 mg/L | 过高，pH 被顶在碱性侧，反而不利（见 7.4） |
7.3 pH 调控的两大方向¶
原书 3.5 给出了完整方法。先建立总体判断：
你的水源是什么岩层？ ─┬─ 石灰岩 / 白垩岩 → 水硬、pH 高 → 需要【降 pH】
└─ 火山岩 → 水软、碱度低 → 需要【升 pH / 补碱】
7.3.1 先理解一件事：系统天然会变酸¶
这是最重要的一句：由于硝化作用和呼吸作用，鱼菜共生系统的水自然酸化。
原书原文："只要有耐心，pH 值通常会降低到目标范围内。"
所以：
大多数情况下，你不需要"调 pH"，你需要"等"和"补碱度"。
新手最常见的错误是：看到 pH 7.8，赶紧加酸。结果一周后 pH 崩到 5.5。因为你打断了系统的自然酸化，同时把 KH 一起烧掉了。
7.4 情况一：需要降 pH（高硬度 + 高 pH 水源）¶
7.4.1 只在什么情况下才需要加酸¶
原书的四个条件必须同时成立：
- 水源的 KH 和 pH 都很高
- 蒸发率高，补水频繁
- 且 没有雨水可用（雨水 KH≈0，能帮助自然降 pH）
- 且 鱼的生物量不足以驱动足够的硝化产酸
任一条不成立，都不要加酸。
更准确地说，原书的判断是：
只有当水源硬度很高且呈碱性，并且没有雨水来提供不含 KH 的水以帮助硝化细菌自然降低 pH 时，才需要加酸。
7.4.2 加酸的真正危险：假平稳¶
这是本课最重要的一个机制：
加入酸 → 酸先与缓冲液（HCO₃⁻）反应 → pH 不变！
→ 你看到"没反应"，继续加 → 继续被缓冲消耗
→ 直到所有缓冲液耗尽 → 下一个 H⁺ 无处可去
→ pH 垂直坠落 → 系统受到"可怕的应激冲击"
原书原话："向鱼菜共生系统添加酸是有危险的。危险在于，起初酸与缓冲液反应不会显示出 pH 值改变。由于 pH 值没有变化，添加越来越多的酸，直到最后所有的缓冲液都反应消耗殆尽同时 pH 值急剧下降，往往对系统造成可怕的应激冲击。"
这解释了一个现象：为什么有人"加了很多酸但 pH 纹丝不动，然后突然一夜之间全死了"。
7.4.3 正确做法：在系统外调酸¶
❌ 错误：把酸直接倒进鱼缸
✅ 正确：把酸加到【补给水池】里，处理后再加入系统
这样做的价值在于：
- 酸在系统外完成与缓冲液的反应
- 你可以在加入前测好 pH
- 系统只接触到"已经调好的水"，不受浓度的瞬时冲击
原书补充：如果设计了自动供水线路，可能需要直接向系统中加酸，但"危险系数增大"。
7.4.4 用什么酸¶
磷酸（H₃PO₄） —— 原书推荐。
理由：
- 相对温和
- 磷是植物必需的常量营养素（一举两得）
- 食品级品质可在无土栽培/农资店买到
⚠️ 过度使用的风险：会导致系统内磷浓度达到有毒水平。
在高硬度高 pH 情况下，也有使用硫酸的，但原书只详述了磷酸。
7.4.5 安全规则（必须记住）¶
千万不要把水加到酸里，永远都是把酸加入水中。
原因：把水倒入浓酸会剧烈放热，导致酸液沸腾飞溅。
其他要求：
- 护目镜 + 手套
- 缓慢加入，边加边搅
7.5 情况二：需要升 pH / 补碱度（低碱度水源）¶
7.5.1 触发条件¶
- pH < 6.0
- KH 偏低甚至测不出（<20 mg/L）
- 水源是雨水、RO 过滤水、火山岩地区软水
7.5.2 三条路线，从危险到安全¶
| 方案 | 物质 | 危险度 | 说明 |
|---|---|---|---|
| ❌ 不要用 | 碳酸氢钠（小苏打） | — | 原书明确禁止！会引入钠，对植物有害 |
| ⚠️ 强碱 | KOH（氢氧化钾）、Ca(OH)₂（氢氧化钙） | 高 | 效果快但必须极缓慢，与酸同样危险 |
| ✅ 推荐 | CaCO₃（碳酸钙）、K₂CO₃（碳酸钾） | 低 | 同时提高 KH 和 pH，安全、易控、便宜 |
小苏打这条很有教育意义：它在 RAS（纯养鱼）里是标准做法，但在鱼菜共生里不能用——因为植物不耐钠。同一个操作在两个系统里结论相反，原因是多了一个生物约束。 这正是鱼菜共生"多目标优化"的典型体现。
7.5.3 碳酸钙：最推荐的方案¶
原理：CaCO₃ 微溶于水，只在酸性条件下才缓慢溶解并释放碳酸盐。所以它自带负反馈：pH 越低溶解越快，pH 升到中性后自动停止。这种"自限性"让它几乎不可能过量。
天然廉价来源：
- 碎蛋壳
- 细碎的贝壳
- 粗砂砾的石灰石
- 粉碎的白垩岩
两种投放方法：
- 网袋悬挂法（推荐）
- 装入网袋 → 悬挂在水槽内
- 随后几周持续检测 pH
- pH 升到 7 时 → 取出网袋
- 混入基质法
- 每 1000 L 水加 2–3 把碳酸钙原料
- 直接加到栽培基质或生物过滤器里
⚠️ 如果用贝壳，加入前必须洗去残留盐分。
7.5.4 选钙还是选钾：按作物挑¶
原书给了一个非常实用的对应关系：
| 补什么 | 适用作物 | 好处 |
|---|---|---|
| 钙（CaCO₃、Ca(OH)₂） | 叶菜类 | 避免叶片顶端干枯灼伤（缺钙的典型症状：生菜叶端枯焦） |
| 钾（K₂CO₃、KOH） | 果菜类 | 促进开花、结果与果实成熟 |
原书原理："任何一种碱或缓冲剂化合物都会是一种添加的重要常量营养素。"
→ 所以补碱不只是"调 pH"，也是在施肥。 这一步做对了，可以顺手解决第 16 课的钙/钾缺乏问题。
7.6 一张决策流程图¶
测 pH 与 KH
│
├─ KH < 60 或 pH < 6.0
│ ├─ 种叶菜 → 加碳酸钙（网袋悬挂 / 混入基质）
│ └─ 种果菜 → 加碳酸钾（或混合）
│ ↓
│ 几周内持续测 pH，到 7 取出
│
├─ pH > 7.5 且 KH > 140
│ ├─ 有雨水可用？ → 用雨水补水（KH≈0，自然降 pH）
│ └─ 无雨水？
│ ├─ 鱼量少、硝化弱？ → 可在【补给水池】加磷酸
│ └─ 鱼量正常？ → 【先等】。系统会自然酸化
│
└─ pH 6–7 且 KH 60–140
→ 什么都不做。保持每周检测即可
7.7 "什么都不做"也是技术¶
这一条值得单独强调，因为新手最难做到。
原书对自然酸化的描述："只要有耐心，pH 值通常会降低到目标范围内。"
系统本身就在朝正确方向走：
硝化 → 产 H⁺ → 消耗 KH → pH 缓慢下降到 6–7
你唯一需要做的是：
- 守住 KH（定期补碳酸钙），防止它耗尽导致断崖；
- 不要在 pH 还高的时候急着加酸；
- 每周测，看趋势而不是看单点。
判断"要不要干预"的标准不是"偏离目标"，而是"偏离目标并且趋势是恶化的"。 pH 7.6 且每天降 0.05 → 等它。pH 7.6 且每天升 0.05 → 该查原因了（可能是碱度太高，或藻类爆发）。
7.8 本项目（250 L）的具体数字¶
| 参数 | 数值 | 来源 |
|---|---|---|
| KH 目标 | 60–140 mg/L | 原书 |
| 危险线 | < 20 mg/L | UF/IFAS |
| 补水方式 | 除氯自来水（南京市政） | 采购方案 §2 A 类 |
| 若 KH 偏低 | 碳酸钙网袋悬挂，pH 到 7 取出 | 原书 3.5.2 |
| 碳酸钙添加量 | 每 1000 L 加 2–3 把（250 L → 约 0.5–0.75 把） | 原书 3.5.2 折算 |
| pH 电路 | Atlas EZO-pH，±0.002 pH，I²C 0x63（需隔离） | 采购方案 B3/B9 |
| pH 探针 | Atlas ENV-40-pH 双结实验室级，寿命 2.5 年+ | 采购方案 B4 |
| 校准液 | 4.00 / 7.00 / 10.00 缓冲液 + 3M KCl 保护液 | 采购方案 B10 |
⚠️ 电极保养：pH 电极禁止干放，不用时必须泡在 3M KCl 保护液中。干放会让球泡失水、响应变慢、读数漂移 —— 这是"pH 仪读数不准"的头号原因。
数字方案下的维护节奏（Atlas ENV-40-pH）：可以长期浸没，但仍要每 2 周取出用软布轻擦球泡防生物膜；每季度用 7.00 做点检（偏差 >0.05 才重校）；每年做一次完整两点校准。校准系数存在电路自身的 EEPROM 里，重烧固件不丢。
⚠️ 为什么必须电气隔离：玻璃电极内阻 10⁸–10⁹ Ω，读的是微伏级信号。水泵/加热棒的漏电流经水形成回路，会直接叠加成误差——典型症状是"泡在缓冲液里很准，放进鱼缸就乱跳"。所以 pH 电路必须经隔离板接入主控（见第 20 课 20.3.2）。
7.9 本课要点¶
- pH = 酸碱度；KH = 抗酸能力（碱度）；GH = 钙镁含量。 KH 与 GH 不是一回事。
- 硝化不停产酸 → KH 被持续消耗 → KH 耗尽 → pH 断崖下跌。
- KH < 20 mg/L，硝化菌罢工；pH 会快速下降并同时杀死鱼和细菌（"老缸综合征"）。
- 系统的自然趋势是变酸，多数情况下无需加酸，只需耐心 + 守 KH。
- 加酸的最大危险是"假平稳"：酸先被缓冲吃掉、pH 不动，继续加直到缓冲耗尽 → 垂直坠落。
- 正确加酸方式：在系统外的补给水池里调，永远"酸入水"，绝不可"水入酸"。
- 不要用小苏打（引入钠，害植物）。
- 补碱首选碳酸钙（自限性、安全、便宜）；叶菜补钙、果菜补钾 —— 补碱同时是施肥。
7.10 自查清单¶
- pH、KH、GH 三者分别测什么？举一个"KH 高但 GH 低"的例子。
- 为什么 KH 会被持续消耗？写出那个消耗 H⁺ 的反应。
- 描述"老缸综合征"的过程：为什么它缓慢积累、突然爆发？
- 为什么"加了酸但 pH 不动"是最危险的状态？
- 为什么加酸必须在系统外进行？
- 为什么小苏打在 RAS 能用、在鱼菜共生不能用？
- 碳酸钙为什么"几乎不可能过量"？它的负反馈机制是什么？
- 种叶菜和种果菜，补碱时分别选什么？
- "什么都不做也是技术" —— 判断"该不该干预"的标准是什么？
下一课 → 08-水源处理与检测体系.md
原书插图¶
以下 2 幅图取自 FAO 589 原书，图注为原书官方说明，与本章内容对应。
