基于逐步回歸模型的池塘養(yǎng)殖環(huán)境環(huán)丙沙星暴露水平預(yù)測模型的構(gòu)建

摘要：為實現(xiàn)對池塘養(yǎng)殖水體中環(huán)丙沙星殘留量的短期預(yù)測，采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對太湖流域養(yǎng)殖池塘的水體和沉積物樣本進(jìn)行恩諾沙星（ENR）與環(huán)丙沙星（CIP）殘留量分析。通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，揭示了池塘水體中恩諾沙星含量、環(huán)丙沙星含量以及沉積物中恩諾沙星含量、環(huán)丙沙星含量之間的線性相關(guān)性數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步重點考察了關(guān)鍵理化指標(biāo)（溫度、溶氧、pH，以及樣品的懸浮物含量、總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)）與以下4個過程的相互作用關(guān)系：（1）沉積物恩諾沙星含量與環(huán)丙沙星含量；（2）水體恩諾沙星含量與環(huán)丙沙星含量；（3）水體恩諾沙星含量與沉積物恩諾沙星含量；（4）沉積物環(huán)丙沙星含量與水體環(huán)丙沙星含量。通過細(xì)致的變量篩選與計算，最終構(gòu)建了沉積物中環(huán)丙沙星含量的預(yù)測模型：C（CsIePd ） = 0.647 + 0.191C（EsNedR） - 1.358CTP，該模型的決定系數(shù)（R）為0.805，具有一定的預(yù)測價值；同時，還建立了沉積物中環(huán)丙沙星含量預(yù)測水體中環(huán)丙沙星含量的預(yù)測模型：C（CwIPat ） = ?0.413 - 0.017C（CsIePd ） -0.063A+0.174B，其R達(dá)到了0.646，顯示出良好的預(yù)測準(zhǔn)確性。模型的構(gòu)建為水產(chǎn)池塘養(yǎng)殖水體中環(huán)丙沙星殘留量的有效監(jiān)控提供了技術(shù)支撐，可通過沉積物中環(huán)丙沙星的含量預(yù)估水體中環(huán)丙沙星的含量。

關(guān)鍵詞：環(huán)丙沙星；恩諾沙星；回歸模型；預(yù)測模型

中圖分類號：X714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2025）03-0750-09 doi：10.11654/jaes.2024-1128

抗生素是主要的抑菌劑類藥物，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療健康、畜牧業(yè)[1]以及水產(chǎn)養(yǎng)殖[2]等行業(yè)。其在畜牧業(yè)中被廣泛用于治療和預(yù)防疾病，并作為飼料添加劑來增加動物的質(zhì)量[3]。常見的抗生素種類有喹諾酮類、磺胺類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類以及β-內(nèi)酰胺類[4]。水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)在我國占據(jù)重要地位，我國連續(xù)30余年保持世界上最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖國家地位[5]，2023年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)到7 116萬t。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大以及養(yǎng)殖產(chǎn)量的逐漸增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖動物常遭受病害侵襲，病害通常由病毒、細(xì)菌、真菌以及原生動物等引起。針對水產(chǎn)病害，通常選用抗生素來增強(qiáng)水產(chǎn)動物抗病能力，減弱病害侵襲，因此水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素消耗量逐年攀升。近年，在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測工作以及水產(chǎn)動物抽檢中，各大類抗生素均有殘留檢出。水產(chǎn)品中殘留的抗生素可能通過食物鏈傳播[6]，首先引起水體污染[7]，既而造成食品安全以及潛在風(fēng)險，對人體健康以及環(huán)境造成一定威脅，因此，加強(qiáng)對抗生素的監(jiān)測并及時防控具有重要意義。

恩諾沙星（Enrofloxacin，ENR）為氟喹諾酮類化學(xué)合成抑菌劑[8-11]，會在動物體內(nèi)乙基肝微粒體酶的催化作用下脫去一個乙基，代謝為環(huán)丙沙星（Ciprofloxa?cin，CIP）[12]，環(huán)丙沙星在作為代謝產(chǎn)物的前提下，水體中不會大量富集，但其仍具有較高的生態(tài)風(fēng)險，對水體環(huán)境及水生生物會造成一定的威脅。環(huán)丙沙星與恩諾沙星的藥理作用相似，但具有特殊的作用機(jī)制及種屬差異，易產(chǎn)生耐藥性且具有較強(qiáng)的毒副作用，《無公害食品漁用藥物使用準(zhǔn)則》已于2002年將其列為禁用漁藥[13]。

養(yǎng)殖池塘是進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的必要場所，其底部會沉積大量淤泥，淤泥是細(xì)菌、真菌、病毒、寄生蟲等致病元素的最佳藏身之處，因此對養(yǎng)殖池塘水體以及養(yǎng)殖池塘沉積物中的污染物殘留量要有清晰的了解。由于恩諾沙星在畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的廣泛使用，其降解產(chǎn)物環(huán)丙沙星在養(yǎng)殖水體中也有殘留和蓄積[14]，在我國典型湖泊水體、沉積物和有機(jī)體中均有不同程度的檢出[15]。直接檢測魚類生物樣本中的抗生素殘留面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)。目前測定各種樣品基質(zhì)中有機(jī)化合物最常用的技術(shù)一般有高效液相色譜法和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[16-18]。雖然通過固相萃取技術(shù)實現(xiàn)了目標(biāo)分子富集，恩諾沙星、環(huán)丙沙星的檢出限為0.3μg·L-1，定量限為1 μg·L-1，回收率為80%～120%[19]，但依賴大型儀器和復(fù)雜前處理的特點顯著制約了其實際應(yīng)用。尤其對于魚類這類生物基質(zhì)復(fù)雜的樣本，需要經(jīng)歷組織均質(zhì)、蛋白質(zhì)沉淀、脂類去除等多步前處理，檢測周期長。色譜/質(zhì)譜法雖具有高靈敏度和抗干擾能力[20]，但設(shè)備購置成本高，且需要專業(yè)技術(shù)人員操作，難以滿足養(yǎng)殖池塘高頻次、多點位的長期監(jiān)測需求，無法實時掌握抗生素暴露動態(tài)。太湖流域水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)眾多，對養(yǎng)殖用抗生素殘留量的大致估算對水產(chǎn)養(yǎng)殖的長期穩(wěn)定健康發(fā)展至關(guān)重要。因此，本研究通過對太湖周邊不同養(yǎng)殖池塘的池塘水以及沉積物中恩諾沙星和環(huán)丙沙星含量進(jìn)行檢測，擬對池塘水和沉積物中恩諾沙星和環(huán)丙沙星含量關(guān)系構(gòu)建不同的模型，初步對養(yǎng)殖池塘中環(huán)丙沙星的大致暴露水平進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，構(gòu)建相關(guān)含量預(yù)測模型。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究采樣點以太湖流域為切入點，選取太湖周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，包括江陰市、宜興市、錫山區(qū)和惠山區(qū)的40個水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，共80個樣本點，其地理坐標(biāo)范圍為北緯31°27′21″～31°56′34″，東經(jīng)119°36′51″～120°35′29″。于2024年8—10月份共采取80個點位的養(yǎng)殖池塘水和沉積物，采集后的樣品放置于塑料瓶中，并盡快運輸至實驗室，置于-20 ℃冰箱冷凍保存。