上海地區水產養殖環境及非藥品類漁藥投入品中農獸藥的污染特征及風險評估

劉洋鋒，張海燕，孔聰，顧潤潤，席寅峰，楊光昕，張楷文，沈曉盛*

（1.中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；2.上海海洋大學食品學院，上海 201306）

農獸藥通常用于農業和畜牧業生產，以提高生產力。正常情況下，農獸藥在國家及產品規定的限量范圍內使用，不會造成農產品藥物殘留超標及生態環境污染。然而，過量使用或濫用農獸藥可能造成農作物或養殖動物體內農獸藥的殘留超標。相關研究表明，養殖過程中漁藥等投入品的使用是水產品中農獸藥殘留超標的主要來源之一。農獸藥的殘留不但會造成水產品不合格，也會對養殖環境造成一定污染，本課題組就曾經在上海地區各水產養殖場養殖水體中檢測出一定濃度的地西泮。盡管我國對漁藥的生產和使用有嚴格的標準，但實際上，一些養殖戶對漁藥等投入品的使用較為隨意，沒有完全按照產品規定的要求，甚至出現濫用藥物的情況。此外，一些非藥品類漁藥投入品存在添加農獸藥的現象，如2016年重慶市某養殖場因使用含有孔雀石綠的非漁用藥品導致養殖的鯉魚藥物超標；2020年廣東省某水產養殖場的烏鱧檢測出氧氟沙星藥物（355 μg·kg），該濃度下水產養殖環境中也可能存在一定含量的藥物殘留。目前農獸藥殘留的主要檢測方法為液相色譜-三重四極桿串聯質譜法，由于三重四極桿質譜儀分辨率和質量精度較低，利用其建立的方法大多局限于結構類似的同族化合物或少數幾類化合物。隨著越來越多種類農獸藥在水產養殖中的使用，需要監測的化合物也越來越多。近年來，高分辨質譜因其掃描范圍寬、測定靈敏度高，結合相關數據庫可實現對未知化合物的定性和定量監測，更加適用于多種農獸藥物的非定向篩查分析。

為了進一步確認養殖環境及生產過程中非藥品類漁藥投入品中農獸藥的污染現狀，評估農獸藥殘留帶來的生態風險，本研究選取上海地區主要水產養殖場為研究對象，通過采集養殖場養殖水體、底泥及正在使用的非藥品類漁藥投入品3類樣品，利用超高壓液相色譜-靜電場軌道離子阱質譜篩查樣品中的農獸藥，分析各種農獸藥的污染特征，并結合文獻中目標農獸藥急性毒性數據，預測本研究水產養殖環境中農獸藥的無效應濃度，利用風險商值法（Risk quotient）對水產養殖環境中農獸藥進行生態風險評估，以期為日后水產養殖中農獸藥污染防治提供依據，為漁業監管部門對非藥品類漁藥投入品使用的監管提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2020年5 月和10月分兩個批次于上海市寶山區、崇明區、奉賢區、嘉定區、青浦區的27家養殖場進行水體、底泥、非藥品類漁藥投入品樣品的采集，共采集27份水體樣品、43份底泥樣品、110份非藥品類漁藥投入品，取樣地點分布見圖1。養殖水體采集按照《水質 采樣技術指導》（HJ 494—2009）進行，底泥采集按照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）進行。采集的環境樣品與非藥品類漁藥投入品樣品于3 h內運回實驗室，在冰箱內4℃下保存待測。

圖1 取樣地點分布圖Figure 1 Distribution of sampling sites

1.2 農獸藥篩查

1.2.1 農獸藥及試劑

課題組前期從養殖病害、養殖用藥、違禁藥物使用、養殖環境及漁業相關標準等方面出發，經初步調研、查閱文獻和相關研究，將266種、22類藥物確定為水產養殖場農獸藥監管時篩查測定的對象，并建立了篩查方法。22類藥物包括激素類、β-激動劑類、鎮靜劑類、磺胺類、氨基甲酸酯類、喹諾酮類、苯并咪唑類、β-內酰胺類、大環內酯類、頭孢菌素類、染料類、硝基呋喃類、咪唑類、三嗪類、四環素類、有機氯類、殺菌劑類、促生長劑類、硝基咪唑類、抗病毒藥類、酰胺醇類、阿維菌素類。

各藥物標準品購于Dr.Ehrenstorfer公司；乙腈、甲醇（質譜純）購于J.T.Baker公司；甲酸（ACS純）購于美國Sigma公司。

1.2.2 樣品前處理

（1）養殖水體前處理

養殖水體前處理參考WANG等的實驗方法。取水樣1.0 L，使用Titan 9 cm快速定性濾紙和布氏漏斗進行真空抽濾，去除水樣中的泥沙、懸浮物等雜質。取HLB（1 g）固相萃取柱，首先使用15 mL甲醇對其進行活化，再使用15 mL去離子水進行平衡。過濾水樣通過蠕動泵進入固相萃取柱富集，泵流速設為50 mL·min。富集完成后，依次使用15 mL 5%甲醇水溶液進行淋洗，15 mL甲醇洗脫后收集至雞心瓶中，旋轉蒸發至近干，用1 mL甲醇復溶，渦旋30 s后取清液，待上機篩查。

（2）底泥與非藥品類漁藥投入品前處理

底泥與非藥品類漁藥投入品前處理分別參考王守英和孔聰等的實驗方法。稱取（5.00±0.05）g底泥樣品或（0.50±0.05）g非藥品類漁藥投入品樣品，加入5 mL純甲醇后，超聲5 min，2 500 r·min渦旋10 min。待樣品充分溶解后，于4℃、3 500 r·min離心10 min，取上清液，待上機分析。離心不充分的樣品取2 mL上層溶液置于2 mL離心管，4℃、10 000 r·min離心10 min，取上清液，待上機分析。

1.2.3 儀器分析方法

參考課題組前期建立的超高壓液相色譜-靜電場軌道離子阱質譜系統對非藥品類漁藥投入品中禁限用藥物進行快速篩查與定量。色譜分析條件：ACQUITY UPLC HSS T3色譜柱（2.1×100 mm，1.8μm）；流速0.5 mL·min；柱溫35℃；進樣量4 μL；流動相A為水（含0.1%甲酸），流動相B為乙腈；洗脫梯度：0～1.0 min，1% B；1.0～8.0 min，1%～99% B；8.0～10.0 min，99% B；10.0～12.0 min，1% B。質譜分析條件：HESI離子源，噴霧電壓3 200 V（+）；鞘氣40 arb；輔氣10 arb；吹掃氣1 arb；氣體加熱溫度350℃；離子傳輸管溫度325℃；質譜數據獲取模式：正離子Full MS及ddMS掃描模式。Full MS一級全掃描獲得的高質量精確質譜數據用于篩選及定性分析，ddMS掃描獲得的二級碎片離子信息用于進一步定性確證。

1.2.4 定性和定量原則

對藥物標準品與實際樣品進行分析比對時，母離子質荷比與標準品相對偏差＜3×10；保留時間偏差＜0.10 min；同位素質荷比相對偏差＜10，相對豐度偏差＜25%，確定樣品中藥物成分的存在。利用液相色譜-高分辨質譜系統自帶的Xcalibur軟件獲取數據，并通過Tracefinder編輯藥物成分的比對信息，最終實現對樣品中農獸藥的定性篩查。采用空白基質液配制標液進行定量，目標化合物的回收率均在30%～90%之間。

1.3 風險評估

本研究采用風險商值法來評估目標農獸藥在水產養殖環境的殘留對生態系統的潛在風險。風險商值法對毒理數據的要求較少，操作難度低，已被廣泛用于評估環境中農獸藥潛在生態風險的大小，風險商值（值）分為3個污染等級：0.01≤＜0.1，為低風險；0.1≤＜1，為中等風險；≥1，為高風險。

農獸藥的值按下式計算：

式中：為實測環境濃度，μg·kg或μg·L；為用于農獸藥的預測無效應濃度，μg·kg或μg·L。

農獸藥在底泥中毒性數據較少，且難以對其值進行估算，因此采用公式（2）根據水體中農獸藥的值計算底泥中農獸藥的值：

式中：和分別用于預測底泥和水環境中抗生素抗性選擇的無效應濃度，μg·kg和μg·L，其中值通過收集相關急性或慢性毒理學實驗數據得出（表2）；為底泥-水的分配系數，L·kg。

式中：為急性毒性參考因子的半最大效應濃度，mg·L；為評估因子，根據歐盟《關于風險評價技術導則文件》，根據毒性數據情況選取，當采用急性毒性數據時，取值為1 000；當采用慢性毒性數據NOEC時，取值為100，故本研究取值為1 000。為了最大化估計水產養殖環境中農獸藥的影響，選擇現有研究中目標農獸藥的毒性數據，取值來源于相關文獻，基于最壞情況考慮，篩選出最敏感水生物種的值以計算值。

1.4 數據分析

采用Tracefinder、Xcalibur軟件對樣品中農獸藥進行篩查與定量，采用Excel對農獸藥篩查數據進行統計分析，采用Origin 2018制圖，通過風險商值法來評估目標農獸藥的污染特征和生態風險。

2 結果與討論

2.1 上海地區水產養殖環境及非藥品類漁藥投入品中農獸藥的污染特征

采集于上海地區27家水產養殖場的180個樣品中共篩查出13種農獸藥，所有水體和底泥樣品中均篩查出農獸藥，14個養殖場中的25個非藥品類漁藥投入品中篩查出農獸藥，篩出率為52%（表1）。其中27份養殖水體樣品中篩出9種70個農獸藥，包括6種獸藥[金剛烷胺（Amantadine，AMA）、地西泮（Diazapam，DIA）、恩諾沙星（Enrofloxacin，ENR）、氟苯尼考（Florfenicol，FLO）、加替沙星（Gatifloxacin，GAT）、甲氧芐啶（Trimethoprim，TRI）]和3種農藥[多菌靈（Carbendazim，CAR）、撲草凈（Prometrazine，PRO）、西草凈（Simetryne，SIM）]。43份池塘底泥樣品中篩出6種93個農獸藥，包括5種獸藥[恩諾沙星、阿維菌素B1a（Avermectin B1a，AVE）、地西泮、甲氧芐啶、紅霉素（Erythronmycin，ERY）]和1種農藥（多菌靈）。110份非藥品類漁藥投入品樣品中共篩出7種37個農獸藥，包括4種獸藥[甲氧芐啶、紅霉素、恩諾沙星、培氟沙星（Pefloxacin，PEF）]和3種農藥[多菌靈、乙氧喹啉（Ethoxyquin，ETH）、西草凈]。由表1可知，水體、底泥與非藥品類漁藥投入品中均篩查出多種農獸藥，3類樣品篩出的農獸藥濃度水平為水體＜底泥＜非藥品類漁藥投入品，濃度范圍分別為6.00×10～1.88 μg·L、1.47～292、9.68～1.39×10μg·kg。

表1 上海地區水產養殖場水體、底泥與非藥樣品中農獸藥的總體檢出水平Table 1 Total detection levels of pesticides and veterinary drugs in water，sediment and non-drug samples of aquaculture farms in Shanghai

水體樣品的藥物檢出率依次為多菌靈＞金剛烷胺＞撲草凈＞地西泮＞西草凈＞恩諾沙星=氟苯尼考＞加替沙星=甲氧芐啶，平均值依次為0.064、0.018、0.16、0.071、0.034、0.047、0.37、0.048、0.95μg·L，其中甲氧芐啶在水體中的最高濃度達到1.88 μg·L。甲氧芐啶作為抗菌增效劑，廣泛應用在水產養殖病害防治中，而我國規定其魚體內最大殘留限量為50 μg·kg。余軍楠等在江蘇某養殖蝦池水體中檢測出喹諾酮類藥物的濃度為2.043～18.93 ng·L，與本研究結果的含量水平相當。相關研究顯示，上海市地表水中檢測到的農獸藥濃度在0.01～100 ng·L之間，極少數（如磺胺類藥物）最大濃度超過100 ng·L，證明大部分所篩出的農獸藥可能來自人為添加等外部來源。

底泥樣品的藥物檢出率依次為多菌靈＞恩諾沙星＞阿維菌素B1a＞地西泮=甲氧芐啶＞紅霉素，平均值依次為3.03、2.02、90.8、8.12、9.43、6.34 μg·kg，其中多菌靈在底泥中的檢出率為100%，濃度范圍為1.60～8.12 μg·kg，而在水體中的檢出率也達到81%。多菌靈是一種廣譜性苯并咪唑類殺菌劑，屬于微毒性農藥，該結果表明多菌靈在上海地區水產養殖中被廣泛使用。多菌靈的值較高，其在底泥中吸附聚積的潛能也較高，從而影響養殖池塘底泥中微生物的群落組成，促使微生物產生抗性，存在不可忽視的生態風險。阿維菌素B1a在底泥樣品中最高濃度達到292.08μg·kg，作為一種阿維菌素類殺蟲劑，其在羊體內的最大殘留限量為20～50 μg·kg，而底泥中篩出的最高濃度已超過此最大殘留限量的幾倍甚至十幾倍。

非藥品類漁藥投入品樣品的藥物檢出率依次為紅霉素＞西草凈＞恩諾沙星=甲氧芐啶＞多菌靈＞培氟沙星，平均值依次為570.83、38 097、265.48、101.71、645.29、6 666.7μg·kg，其中西草凈與培氟沙星的濃度遠超其他藥物。西草凈作為一種三嗪類除草劑，屬于低毒性農藥，篩出西草凈的非藥品類漁藥投入品標識功效與西草凈相似，故此類非藥品類漁藥投入品產品中的西草凈極可能來自人為添加。培氟沙星是一種喹諾酮類抗生素，具有抗菌譜廣、高效、促生長等優點，但由于其可通過食物鏈傳遞，進而對人體產生一系列危害，2015年農業部規定停止使用培氟沙星獸藥，并撤銷相關獸藥產品批準文號。汪洋在市場購買的漁藥樣品中篩查出恩諾沙星、甲氧芐啶、紅霉素等產品未標識藥物，濃度范圍為0.20～4.5×10mg·kg，其篩出藥物最高濃度高于本研究結果，可能是由于其樣品為漁藥，含有的有效成分濃度更高。由此表明，非藥品類漁藥投入品生產中存在人為添加農獸藥的現象。

由圖2可知，多菌靈、恩諾沙星、甲氧芐啶3種藥物均存在于水體、底泥與非藥品類漁藥投入品中，其中多菌靈在3類樣品的平均濃度分別為0.064 μg·L、3.03 μg·kg、645 μg·kg，恩諾沙星平均濃度分別為0.047 μg·L、2.02 μg·kg、265 μg·kg，甲氧芐啶平均濃度分別為0.950 μg·L、9.43 μg·kg、102μg·kg。西草凈、紅霉素2種藥物均存在于水產養殖環境與非藥品類漁藥投入品中，西草凈在水體和非藥品類漁藥投入品中平均濃度分別為0.034 μg·L、3.80×10μg·kg，紅霉素在底泥和非藥品類漁藥投入品中平均濃度分別為6.34 μg·kg、571 μg·kg。結合實地走訪調查結果表明，養殖者大量使用含有農獸藥的非藥品類漁藥投入品，從而造成農獸藥在水產養殖環境中的殘留和遷移。養殖水產品對農獸藥蓄積效應是農獸藥環境風險的重要表現，許凱倫等在浙江省20個中華鱉養殖場的中華鱉體內檢測出恩諾沙星等喹諾酮類藥物，濃度最高可達127.44μg·kg，而養殖水體中恩諾沙星濃度最高僅為0.421 μg·L；聶湘平等在珠三角淡水養殖區魚類肌肉組織中檢測出喹諾酮類藥物，濃度最高可達100.54 ng·g（μg·kg），而養殖池塘底泥中喹諾酮類藥物濃度最高僅為13.28 ng·g（μg·kg），養殖水體中未檢出喹諾酮類藥物；黃銖玉研究發現，中華絨螯蟹在水產養殖中恩諾沙星的蓄積量隨著暴露時間的增加呈現先升高后降低的趨勢，恩諾沙星可從水體中蓄積到生物體內，且與水體中恩諾沙星濃度呈正相關。以上研究表明，典型農獸藥在常見養殖水產品中有很強的蓄積能力，在大量投加含有農獸藥的非藥品類漁藥投入品養殖方式下，養殖水產品長期暴露于高濃度環境中，由于一些農獸藥的化學性質較為穩定，難以被養殖水產品自身代謝或完全排出，從而在水產品體內形成蓄積。農獸藥在養殖水產品生物體內的蓄積是一項潛在的環境風險，需要予以重視。

圖2 上海地區水產養殖場中農獸藥的濃度水平和分布特征Figure 2 Concentration and distribution of pesticides and veterinary drugs in aquaculture farms in Shanghai

2.2 上海地區水產養殖環境中農獸藥的生態風險評估

不同農獸藥對應的最敏感物種的水體無效應濃度（）和底泥無效應濃度（）如表2所示。值越大，表明該農獸藥對環境的風險越大，由圖3可見，養殖水體的值平均水平略高于養殖池塘底泥的值平均水平，這可能與養殖者通常將非藥品類漁藥投入品直接潑灑到養殖池塘水體中有關，其中的農獸藥可直接進入到養殖水體中。養殖水體中撲草凈的生態風險最高，值為3.14。多菌靈、金剛烷胺、撲草凈、西草凈、恩諾沙星、加替沙星6種藥物的值均大于1，生態風險表現為高風險。地西泮、氟苯尼考、甲氧芐啶值在0.1～1之間，均為中等風險。養殖池塘底泥中紅霉素的生態風險最高，值為2.22，且紅霉素、地西泮、阿維菌素B1a的值均大于1，生態風險為高風險。多菌靈、恩諾沙星、甲氧芐啶值均在0.1～1之間，為中等風險。

圖3 上海地區水產養殖場水體及底泥中農獸藥的RQ值Figure 3 Risk quotient of pesticides and veterinary drugs in water and sediment of aquaculture farms in Shanghai

表2 預測水體與土壤中農獸藥的無效應濃度Table 2 Predicts the unaffected concentration of target pesticides and veterinary drugs in water and sediment

由表3可見，多菌靈、地西泮、恩諾沙星藥物均同時存在于養殖水體和底泥中，且均為高風險或中等風險，這3種藥物在養殖池塘水體與底泥中生態風險之和均大于1，為高風險，甲氧芐啶在水體和底泥環境中均表現為中等風險，其之和也為中等風險?？紤]到各農獸藥的聯合毒性作用，對27個水產養殖場的單個養殖池塘水體與底泥中所有藥物的生態風險進行加和，其值之和可能略高于其實際生態風險，但可以在一定程度上表征常見農獸藥對水產養殖環境造成的生態風險的高低。由表4可見，27家水產養殖場單個池塘的值均大于1，最高可達25.77，生態風險均為高風險，表明水產養殖場水體與底泥中的農獸藥均存在一定的生態風險，對養殖環境造成不同程度的污染，因此亟需開展有關水產品生物體-水體-底泥中農獸藥環境行為與調控等方面的研究。

表3 養殖池塘水體與底泥中共同存在藥物的RQ值之和Table 3 Sum of RQ value of drugs in aquaculture pond water and sediment

表4 27個水產養殖場單個養殖池塘RQ值Table 4 RQ value of single aquaculture pond in 27 aquaculture farms

3 結論

（1）本研究調查的上海地區水產養殖場水體、底泥與非藥品類漁藥投入品中均篩查出不同程度的農獸藥殘留，其中3種藥物在水體、底泥與非藥品類漁藥投入品中均有篩出；藥物種類和含量分布特征表明，養殖環境中的農獸藥殘留是由于非藥品類漁藥投入品中的農獸藥向環境中遷移轉化所致。

（2）基于農獸藥在養殖環境中的風險商值進行的風險評估表明，水產養殖環境篩查出的農獸藥均存在中高風險，所有養殖場單個養殖池塘總的生態風險均為高風險。

（3）由于農獸藥殘留帶來中高生態風險，有必要加強對水產養殖投入品的使用管理，以減少農獸藥對水生生物和環境的污染，達到環境友好和安全生產的目的。