水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水體土腥素含量與水環(huán)境因子的關系

劉穎，李忠華，何俊，楊光，殷文健，張憲中*

（1.無錫市水產(chǎn)畜牧技術推廣中心，江蘇 無錫 214021；2.南京農(nóng)業(yè)大學無錫漁業(yè)學院，江蘇 南京214081；3.中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)工程研究所，北京 100141）

江蘇無錫地處長江中下游腹地，素有“魚米之鄉(xiāng)”美譽。截至2021 年，全市共有水產(chǎn)養(yǎng)殖面積13 013.17 萬m2，年產(chǎn)量達到10.21 萬t，占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的98%以上[1]。無錫水產(chǎn)養(yǎng)殖基本格局的穩(wěn)定，為江蘇作為全國水產(chǎn)大省和強省作出了重要貢獻。然而，無錫地區(qū)水產(chǎn)品特別是淡水水產(chǎn)品在生產(chǎn)時，經(jīng)常被質(zhì)量問題困擾，特別是土腥素（geosmin, GSM）等異味物質(zhì)極易在可食部位殘留，引起膳食消費時的不愉快感。文獻[2]研究表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的來源，主要由藻類（如藍藻等）和菌類（如放線菌等）次級代謝生成，而水體由于養(yǎng)殖品種、季節(jié)、生產(chǎn)活動等導致的理化因子的變化，是影響藻菌群落構成的重要因素，從而形成了“環(huán)境-藻菌-土腥素”的傳遞鏈條。因此，解析水體環(huán)境因子對土腥素生成的貢獻，并判別出主要貢獻指標，對減少水體或水產(chǎn)品土腥素的積累有重要意義。

現(xiàn)對無錫地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水體土腥素殘留現(xiàn)狀進行調(diào)查，利用結構方程的模型，定量考察水體指標對土腥素生成的影響，擬為指導無錫地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色、高質(zhì)量發(fā)展，提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 時間和地點

于2021 年5 月至10 月（水產(chǎn)養(yǎng)殖季節(jié)），在無錫及其所轄縣級市江陰和宜興，設置20 個采樣點位，每月采集水樣。

1.2 采樣品種

涵蓋無錫市主養(yǎng)的各類水產(chǎn)品種，包括克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）、中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）、鰱（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）、鯽（Carassius auratus）、青蝦（Macrobrachium nipponense）、青魚（Mylopharyngodon piceus）等。

1.3 檢測指標

檢測指標：pH 值、溶解氧（DO）、總懸浮物（TSS）、胺態(tài)氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）和高錳酸鹽指數(shù)（IMn）等。

1.4 檢測方法

各類水質(zhì)指標的檢測方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）[3]。其中，pH 值采用《水質(zhì)pH 值的測定 玻璃電極法》（GB 6920—1986），DO 采用《水質(zhì) 溶解氧的測定 電化學探頭法》（HJ 506—2009），NH4+-N 采用《水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）、TN 采用《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）、TP 采用《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989），IMn采用《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》（GB 11892—1989）。

1.5 色譜條件

GC-MS 儀器采用DB-5MS 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），氣相柱溫箱的升溫程序是：起始溫度50 ℃，保持1 min；以10 ℃/min 的速率升溫至200 ℃，保持1 min；以20 ℃/min 的速率保持1 min；升溫至220 ℃，保持1 min。采用不分流的進樣模式，進樣口溫度為250 ℃，載氣為氦氣，流量為44 mL/min。經(jīng)檢測，水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的檢測限為1 ng/L。

1.6 樣品檢測

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）進行檢測。將待測水樣10 mL 轉移至15 mL 頂空進樣瓶中，隨后加入2 g 氯化鈉與磁力攪拌子。旋緊瓶蓋，安裝上固相微萃取纖維。攪拌速度為1 200 r/min，溫度控制在60 ℃，萃取時間為30 min。結束后立即將萃取纖維插進GC-MS 進樣口，進行測定。

1.7 結構方程模型的構建

構建從環(huán)境因子到土腥素生成的結構方程見圖1。通徑系數(shù)表示各水質(zhì)指標自變量對因變量土腥素相對重要性的統(tǒng)計量。對各水質(zhì)指標進行person（皮爾遜）相關關系分析，隨后以土腥素為因變量，展開多元回歸分析。對得到的偏回歸系數(shù)進行顯著性檢驗，剔除檢驗不顯著的部分因子后進行通徑分析，計算各類因子對因變量的直接和間接作用。以上分析均采用SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件。

圖1 構建從環(huán)境因子到土腥素生成的結構方程

2 結果與分析

2.1 水質(zhì)因子的描述性統(tǒng)計量及其相關性分析

水質(zhì)指標的描述性統(tǒng)計量見表1。在水產(chǎn)養(yǎng)殖全過程中，TSS 的含量易受到極大的影響。

表1 水質(zhì)指標的描述性統(tǒng)計量

各指標之間的相關性分析結果見表2。由表2可見，pH 值與DO、TSS 與IMn、NH4+-N 與TN、NH4+-N與TP、TN 與TP、TN 與IMn、TP 與IMn之間呈現(xiàn)顯著的正相關關系；而DO 與NH4+-N 之間呈現(xiàn)顯著的負相關關系，其相關系數(shù)為-0.285。

表2 各指標之間的相關性分析①

2.2 土腥素的含量及正態(tài)分布檢驗

無錫市水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水體土腥素的檢出率是92.59%，檢出值為1.54 至246.59 ng/L，檢出均值為21.21 ng/L。經(jīng)過柯爾莫戈洛夫-斯米諾夫和夏皮洛-威爾克檢驗，均表明水體土腥素含量符合正態(tài)分布。土腥素含量的正態(tài)分布檢驗見表3。

表3 土腥素含量的正態(tài)分布檢驗

2.3 結構方程構建

通過偏回歸系數(shù)方程計算各類因子的決定系數(shù)，構建方程如下：

該方程能夠在一定程度上通過水質(zhì)指標的數(shù)值預測其同時期的土腥素含量。但由于部分指標之間存在共線性問題，因此通過逐步回歸方式，將一些顯著性差或共線性嚴重的指標舍去，進一步留下來的指標包括NH4+-N、TN 和TP。利用這3 個指標重新擬合偏回歸系數(shù)方程，構建方程式如下：

方程（2）與方程（1）相比，不僅結構更加簡單，保留了主要的水質(zhì)指標，也能夠在預測能力方面比原方程更加準確一點。

水質(zhì)主要指標對土腥素生成的影響貢獻見表4。水質(zhì)主要指標對土腥素生成的通徑分析見圖2（圖中數(shù)字表示相關系數(shù)和通徑系數(shù)）。由表4可見，NH4+-N 對土腥素生成呈現(xiàn)正相關的作用，其相關系數(shù)為0.038，并以直接作用為主，而通過TN與TP 的間接作用都是負相關的。TN 與TP 對土腥素生成均呈現(xiàn)負相關的作用，其相關系數(shù)分別為-0.135 和-0.155。

表4 水質(zhì)主要指標對土腥素生成的影響貢獻

圖2 水質(zhì)主要指標對土腥素生成的通徑分析

3 討論

通徑系數(shù)分析，作為結構方程模式構建的一種重要分析方法，已在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的各個方面得到廣泛應用。文獻[4]利用該方法，篩選得到了黃顙魚等重要經(jīng)濟魚類形態(tài)重要指標對魚類體質(zhì)量的影響，指出水產(chǎn)品種在良種選育方面，應該更加關注形態(tài)指標。文獻[5]利用該方法，研究了池塘各類水質(zhì)指標對浮游植物初級生產(chǎn)力的影響，對控制水體富營養(yǎng)化、提升魚類餌料系數(shù)等養(yǎng)殖環(huán)境控制有極大的促進作用。本研究利用通徑分析方法，開展了水體各類水質(zhì)指標對土腥素生成的影響，其作用是能夠通過水體一般水質(zhì)環(huán)境，預測或評價該水體環(huán)境下水產(chǎn)品收獲的質(zhì)量與品質(zhì)，而不必通過進一步檢測土腥素殘留的方式來進行評判。因為利用頂空固相微萃取進行水體樣本的處理，以及利用微波萃取結合頂空固相微萃取進行魚肉樣本的處理，其過程相當煩瑣，需要有較強檢測能力的專業(yè)實驗室才能完成。而水產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)生成技術的推廣任務，更多由區(qū)、縣、市等地方的水產(chǎn)技術推廣單位來指導完成。這些單位并不具備極高檢測能力的配置，本研究提供方法或模型的計算公式，能夠通過一般水質(zhì)指標來預測或評判影響水產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵指標，對指導無錫市地方水產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展，具有一定的促進作用。

魚體中土腥素含量的積累來源，主要是由水體中以藍藻等為代表的藻類和以放線菌、鏈球菌為代表的菌類等次級代謝生成。調(diào)節(jié)池塘水體的各類重要水質(zhì)指標，能夠極大地影響水體菌藻的群落，進一步對土腥素生成造成影響。本研究結果發(fā)現(xiàn)，NH4+-N、TN 和TP 對土腥素生成的貢獻較其他指標更大，其原因可能是這些指標都是營養(yǎng)性的元素，直接對水體菌藻相產(chǎn)生作用。而只有NH4+-N 與土腥素生成有正向的相關性，其原因是在檢測的這些指標中，NH4+-N 是能夠被菌藻相直接利用。通徑分析的結果也很好地證實了上述推測，通徑系數(shù)分析方法提供了一種控制池塘水體土腥素生成、提升水產(chǎn)品品質(zhì)的思路，即加強精準投喂、降低魚類餌料系數(shù)、改善水體環(huán)境。

本研究發(fā)現(xiàn)，中華絨螯蟹的養(yǎng)殖池塘水體土腥素的含量相對較低，很可能與該品種養(yǎng)殖時的栽種水草改善了環(huán)境有密切關系。然而，其他水產(chǎn)品種，特別是大宗的淡水水產(chǎn)品種，養(yǎng)殖密度高，投喂量大，水質(zhì)不易控制，無法達到中華絨螯蟹生產(chǎn)時的水體環(huán)境，在降低水體土腥素生成方面較難，造成了鰱、鳙等大宗淡水魚在食用時存在土腥味大的行業(yè)痛點。