水产养殖池塘水体土腥素含量与水环境因子的关系

刘颖，李忠华，何俊，杨光，殷文健，张宪中*

（1.无锡市水产畜牧技术推广中心，江苏 无锡 214021；2.南京农业大学无锡渔业学院，江苏 南京214081；3.中国水产科学研究院渔业工程研究所，北京 100141）

江苏无锡地处长江中下游腹地，素有“鱼米之乡”美誉。截至2021 年，全市共有水产养殖面积13 013.17 万m2，年产量达到10.21 万t，占水产品总产量的98%以上[1]。无锡水产养殖基本格局的稳定，为江苏作为全国水产大省和强省作出了重要贡献。然而，无锡地区水产品特别是淡水水产品在生产时，经常被质量问题困扰，特别是土腥素（geosmin, GSM）等异味物质极易在可食部位残留，引起膳食消费时的不愉快感。文献[2]研究表明，水产养殖水体中土腥素的来源，主要由藻类（如蓝藻等）和菌类（如放线菌等）次级代谢生成，而水体由于养殖品种、季节、生产活动等导致的理化因子的变化，是影响藻菌群落构成的重要因素，从而形成了“环境-藻菌-土腥素”的传递链条。因此，解析水体环境因子对土腥素生成的贡献，并判别出主要贡献指标，对减少水体或水产品土腥素的积累有重要意义。

现对无锡地区水产养殖池塘水体土腥素残留现状进行调查，利用结构方程的模型，定量考察水体指标对土腥素生成的影响，拟为指导无锡地区水产养殖绿色、高质量发展，提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 时间和地点

于2021 年5 月至10 月（水产养殖季节），在无锡及其所辖县级市江阴和宜兴，设置20 个采样点位，每月采集水样。

1.2 采样品种

涵盖无锡市主养的各类水产品种，包括克氏原螯虾（Procambarus clarkii）、中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aristichthys nobilis）、鲫（Carassius auratus）、青虾（Macrobrachium nipponense）、青鱼（Mylopharyngodon piceus）等。

1.3 检测指标

检测指标：pH 值、溶解氧（DO）、总悬浮物（TSS）、胺态氮（NH4+-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和高锰酸盐指数（IMn）等。

1.4 检测方法

各类水质指标的检测方法参考《水和废水监测分析方法》（第四版）[3]。其中，pH 值采用《水质pH 值的测定 玻璃电极法》（GB 6920—1986），DO 采用《水质 溶解氧的测定 电化学探头法》（HJ 506—2009），NH4+-N 采用《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535—2009）、TN 采用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）、TP 采用《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—1989），IMn采用《水质 高锰酸盐指数的测定》（GB 11892—1989）。

1.5 色谱条件

GC-MS 仪器采用DB-5MS 色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），气相柱温箱的升温程序是：起始温度50 ℃，保持1 min；以10 ℃/min 的速率升温至200 ℃，保持1 min；以20 ℃/min 的速率保持1 min；升温至220 ℃，保持1 min。采用不分流的进样模式，进样口温度为250 ℃，载气为氦气，流量为44 mL/min。经检测，水产养殖水体中土腥素的检测限为1 ng/L。

1.6 样品检测

采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行检测。将待测水样10 mL 转移至15 mL 顶空进样瓶中，随后加入2 g 氯化钠与磁力搅拌子。旋紧瓶盖，安装上固相微萃取纤维。搅拌速度为1 200 r/min，温度控制在60 ℃，萃取时间为30 min。结束后立即将萃取纤维插进GC-MS 进样口，进行测定。

1.7 结构方程模型的构建

构建从环境因子到土腥素生成的结构方程见图1。通径系数表示各水质指标自变量对因变量土腥素相对重要性的统计量。对各水质指标进行person（皮尔逊）相关关系分析，随后以土腥素为因变量，展开多元回归分析。对得到的偏回归系数进行显著性检验，剔除检验不显著的部分因子后进行通径分析，计算各类因子对因变量的直接和间接作用。以上分析均采用SPSS 26.0 统计软件。

图1 构建从环境因子到土腥素生成的结构方程

2 结果与分析

2.1 水质因子的描述性统计量及其相关性分析

水质指标的描述性统计量见表1。在水产养殖全过程中，TSS 的含量易受到极大的影响。

表1 水质指标的描述性统计量

各指标之间的相关性分析结果见表2。由表2可见，pH 值与DO、TSS 与IMn、NH4+-N 与TN、NH4+-N与TP、TN 与TP、TN 与IMn、TP 与IMn之间呈现显著的正相关关系；而DO 与NH4+-N 之间呈现显著的负相关关系，其相关系数为-0.285。

表2 各指标之间的相关性分析①

2.2 土腥素的含量及正态分布检验

无锡市水产养殖池塘水体土腥素的检出率是92.59%，检出值为1.54 至246.59 ng/L，检出均值为21.21 ng/L。经过柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫和夏皮洛-威尔克检验，均表明水体土腥素含量符合正态分布。土腥素含量的正态分布检验见表3。

表3 土腥素含量的正态分布检验

2.3 结构方程构建

通过偏回归系数方程计算各类因子的决定系数，构建方程如下：

该方程能够在一定程度上通过水质指标的数值预测其同时期的土腥素含量。但由于部分指标之间存在共线性问题，因此通过逐步回归方式，将一些显著性差或共线性严重的指标舍去，进一步留下来的指标包括NH4+-N、TN 和TP。利用这3 个指标重新拟合偏回归系数方程，构建方程式如下：

方程（2）与方程（1）相比，不仅结构更加简单，保留了主要的水质指标，也能够在预测能力方面比原方程更加准确一点。

水质主要指标对土腥素生成的影响贡献见表4。水质主要指标对土腥素生成的通径分析见图2（图中数字表示相关系数和通径系数）。由表4可见，NH4+-N 对土腥素生成呈现正相关的作用，其相关系数为0.038，并以直接作用为主，而通过TN与TP 的间接作用都是负相关的。TN 与TP 对土腥素生成均呈现负相关的作用，其相关系数分别为-0.135 和-0.155。

表4 水质主要指标对土腥素生成的影响贡献

图2 水质主要指标对土腥素生成的通径分析

3 讨论

通径系数分析，作为结构方程模式构建的一种重要分析方法，已在水产养殖生产的各个方面得到广泛应用。文献[4]利用该方法，筛选得到了黄颡鱼等重要经济鱼类形态重要指标对鱼类体质量的影响，指出水产品种在良种选育方面，应该更加关注形态指标。文献[5]利用该方法，研究了池塘各类水质指标对浮游植物初级生产力的影响，对控制水体富营养化、提升鱼类饵料系数等养殖环境控制有极大的促进作用。本研究利用通径分析方法，开展了水体各类水质指标对土腥素生成的影响，其作用是能够通过水体一般水质环境，预测或评价该水体环境下水产品收获的质量与品质，而不必通过进一步检测土腥素残留的方式来进行评判。因为利用顶空固相微萃取进行水体样本的处理，以及利用微波萃取结合顶空固相微萃取进行鱼肉样本的处理，其过程相当烦琐，需要有较强检测能力的专业实验室才能完成。而水产品优质生成技术的推广任务，更多由区、县、市等地方的水产技术推广单位来指导完成。这些单位并不具备极高检测能力的配置，本研究提供方法或模型的计算公式，能够通过一般水质指标来预测或评判影响水产品质量的关键指标，对指导无锡市地方水产业绿色高质量发展，具有一定的促进作用。

鱼体中土腥素含量的积累来源，主要是由水体中以蓝藻等为代表的藻类和以放线菌、链球菌为代表的菌类等次级代谢生成。调节池塘水体的各类重要水质指标，能够极大地影响水体菌藻的群落，进一步对土腥素生成造成影响。本研究结果发现，NH4+-N、TN 和TP 对土腥素生成的贡献较其他指标更大，其原因可能是这些指标都是营养性的元素，直接对水体菌藻相产生作用。而只有NH4+-N 与土腥素生成有正向的相关性，其原因是在检测的这些指标中，NH4+-N 是能够被菌藻相直接利用。通径分析的结果也很好地证实了上述推测，通径系数分析方法提供了一种控制池塘水体土腥素生成、提升水产品品质的思路，即加强精准投喂、降低鱼类饵料系数、改善水体环境。

本研究发现，中华绒螯蟹的养殖池塘水体土腥素的含量相对较低，很可能与该品种养殖时的栽种水草改善了环境有密切关系。然而，其他水产品种，特别是大宗的淡水水产品种，养殖密度高，投喂量大，水质不易控制，无法达到中华绒螯蟹生产时的水体环境，在降低水体土腥素生成方面较难，造成了鲢、鳙等大宗淡水鱼在食用时存在土腥味大的行业痛点。