劉穎，李忠華，何俊，楊光，殷文健，張憲中*

（1.無(wú)錫市水產(chǎn)畜牧技術(shù)推廣中心，江蘇 無(wú)錫 214021；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無(wú)錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 南京214081；3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所，北京 100141）

江蘇無(wú)錫地處長(zhǎng)江中下游腹地，素有“魚(yú)米之鄉(xiāng)”美譽(yù)。截至2021 年，全市共有水產(chǎn)養(yǎng)殖面積13 013.17 萬(wàn)m2，年產(chǎn)量達(dá)到10.21 萬(wàn)t，占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的98%以上[1]。無(wú)錫水產(chǎn)養(yǎng)殖基本格局的穩(wěn)定，為江蘇作為全國(guó)水產(chǎn)大省和強(qiáng)省作出了重要貢獻(xiàn)。然而，無(wú)錫地區(qū)水產(chǎn)品特別是淡水水產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)常被質(zhì)量問(wèn)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(fèi)時(shí)的不愉快感。文獻(xiàn)[2]研究表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的來(lái)源，主要由藻類(lèi)（如藍(lán)藻等）和菌類(lèi)（如放線菌等）次級(jí)代謝生成，而水體由于養(yǎng)殖品種、季節(jié)、生產(chǎn)活動(dòng)等導(dǎo)致的理化因子的變化，是影響藻菌群落構(gòu)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(duì)土腥素生成的貢獻(xiàn)，并判別出主要貢獻(xiàn)指標(biāo)，對(duì)減少水體或水產(chǎn)品土腥素的積累有重要意義。

現(xiàn)對(duì)無(wú)錫地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水體土腥素殘留現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，利用結(jié)構(gòu)方程的模型，定量考察水體指標(biāo)對(duì)土腥素生成的影響，擬為指導(dǎo)無(wú)錫地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色、高質(zhì)量發(fā)展，提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 時(shí)間和地點(diǎn)

于2021 年5 月至10 月（水產(chǎn)養(yǎng)殖季節(jié)），在無(wú)錫及其所轄縣級(jí)市江陰和宜興，設(shè)置20 個(gè)采樣點(diǎn)位，每月采集水樣。

1.2 采樣品種

涵蓋無(wú)錫市主養(yǎng)的各類(lèi)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(yú)（Mylopharyngodon piceus）等。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)

檢測(cè)指標(biāo)：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(cè)方法

各類(lèi)水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)方法參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）[3]。其中，pH 值采用《水質(zhì)pH 值的測(cè)定 玻璃電極法》（GB 6920—1986），DO 采用《水質(zhì) 溶解氧的測(cè)定 電化學(xué)探頭法》（HJ 506—2009），NH4+-N 采用《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）、TN 采用《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過(guò)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(cè)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(cè)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(jìn)樣模式，進(jìn)樣口溫度為250 ℃，載氣為氦氣，流量為44 mL/min。經(jīng)檢測(cè)，水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的檢測(cè)限為1 ng/L。

1.6 樣品檢測(cè)

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）進(jìn)行檢測(cè)。將待測(cè)水樣10 mL 轉(zhuǎn)移至15 mL 頂空進(jìn)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(shí)間為30 min。結(jié)束后立即將萃取纖維插進(jìn)GC-MS 進(jìn)樣口，進(jìn)行測(cè)定。

1.7 結(jié)構(gòu)方程模型的構(gòu)建

構(gòu)建從環(huán)境因子到土腥素生成的結(jié)構(gòu)方程見(jiàn)圖1。通徑系數(shù)表示各水質(zhì)指標(biāo)自變量對(duì)因變量土腥素相對(duì)重要性的統(tǒng)計(jì)量。對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行person（皮爾遜）相關(guān)關(guān)系分析，隨后以土腥素為因變量，展開(kāi)多元回歸分析。對(duì)得到的偏回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，剔除檢驗(yàn)不顯著的部分因子后進(jìn)行通徑分析，計(jì)算各類(lèi)因子對(duì)因變量的直接和間接作用。以上分析均采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件。

圖1 構(gòu)建從環(huán)境因子到土腥素生成的結(jié)構(gòu)方程

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)因子的描述性統(tǒng)計(jì)量及其相關(guān)性分析

水質(zhì)指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表1。在水產(chǎn)養(yǎng)殖全過(guò)程中，TSS 的含量易受到極大的影響。

表1 水質(zhì)指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)量

各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，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(guān)關(guān)系；而DO 與NH4+-N 之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.285。

表2 各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析①

2.2 土腥素的含量及正態(tài)分布檢驗(yàn)

無(wú)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(guò)柯?tīng)柲曷宸?斯米諾夫和夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)，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(yàn)見(jiàn)表3。

表3 土腥素含量的正態(tài)分布檢驗(yàn)

2.3 結(jié)構(gòu)方程構(gòu)建

通過(guò)偏回歸系數(shù)方程計(jì)算各類(lèi)因子的決定系數(shù)，構(gòu)建方程如下：

該方程能夠在一定程度上通過(guò)水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)值預(yù)測(cè)其同時(shí)期的土腥素含量。但由于部分指標(biāo)之間存在共線性問(wèn)題，因此通過(guò)逐步回歸方式，將一些顯著性差或共線性嚴(yán)重的指標(biāo)舍去，進(jìn)一步留下來(lái)的指標(biāo)包括NH4+-N、TN 和TP。利用這3 個(gè)指標(biāo)重新擬合偏回歸系數(shù)方程，構(gòu)建方程式如下：

方程（2）與方程（1）相比，不僅結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，保留了主要的水質(zhì)指標(biāo)，也能夠在預(yù)測(cè)能力方面比原方程更加準(zhǔn)確一點(diǎn)。

水質(zhì)主要指標(biāo)對(duì)土腥素生成的影響貢獻(xiàn)見(jiàn)表4。水質(zhì)主要指標(biāo)對(duì)土腥素生成的通徑分析見(jiàn)圖2（圖中數(shù)字表示相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)）。由表4可見(jiàn)，NH4+-N 對(duì)土腥素生成呈現(xiàn)正相關(guān)的作用，其相關(guān)系數(shù)為0.038，并以直接作用為主，而通過(guò)TN與TP 的間接作用都是負(fù)相關(guān)的。TN 與TP 對(duì)土腥素生成均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的作用，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.135 和-0.155。

表4 水質(zhì)主要指標(biāo)對(duì)土腥素生成的影響貢獻(xiàn)

圖2 水質(zhì)主要指標(biāo)對(duì)土腥素生成的通徑分析

3 討論

通徑系數(shù)分析，作為結(jié)構(gòu)方程模式構(gòu)建的一種重要分析方法，已在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]利用該方法，篩選得到了黃顙魚(yú)等重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)形態(tài)重要指標(biāo)對(duì)魚(yú)類(lèi)體質(zhì)量的影響，指出水產(chǎn)品種在良種選育方面，應(yīng)該更加關(guān)注形態(tài)指標(biāo)。文獻(xiàn)[5]利用該方法，研究了池塘各類(lèi)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的影響，對(duì)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化、提升魚(yú)類(lèi)餌料系數(shù)等養(yǎng)殖環(huán)境控制有極大的促進(jìn)作用。本研究利用通徑分析方法，開(kāi)展了水體各類(lèi)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)土腥素生成的影響，其作用是能夠通過(guò)水體一般水質(zhì)環(huán)境，預(yù)測(cè)或評(píng)價(jià)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(guò)進(jìn)一步檢測(cè)土腥素殘留的方式來(lái)進(jìn)行評(píng)判。因?yàn)槔庙斂展滔辔⑤腿∵M(jìn)行水體樣本的處理，以及利用微波萃取結(jié)合頂空固相微萃取進(jìn)行魚(yú)肉樣本的處理，其過(guò)程相當(dāng)煩瑣，需要有較強(qiáng)檢測(cè)能力的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室才能完成。而水產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)生成技術(shù)的推廣任務(wù)，更多由區(qū)、縣、市等地方的水產(chǎn)技術(shù)推廣單位來(lái)指導(dǎo)完成。這些單位并不具備極高檢測(cè)能力的配置，本研究提供方法或模型的計(jì)算公式，能夠通過(guò)一般水質(zhì)指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)或評(píng)判影響水產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)指導(dǎo)無(wú)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(jìn)作用。

魚(yú)體中土腥素含量的積累來(lái)源，主要是由水體中以藍(lán)藻等為代表的藻類(lèi)和以放線菌、鏈球菌為代表的菌類(lèi)等次級(jí)代謝生成。調(diào)節(jié)池塘水體的各類(lèi)重要水質(zhì)指標(biāo)，能夠極大地影響水體菌藻的群落，進(jìn)一步對(duì)土腥素生成造成影響。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NH4+-N、TN 和TP 對(duì)土腥素生成的貢獻(xiàn)較其他指標(biāo)更大，其原因可能是這些指標(biāo)都是營(yíng)養(yǎng)性的元素，直接對(duì)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(guān)性，其原因是在檢測(cè)的這些指標(biāo)中，NH4+-N 是能夠被菌藻相直接利用。通徑分析的結(jié)果也很好地證實(shí)了上述推測(cè)，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(qiáng)精準(zhǔn)投喂、降低魚(yú)類(lèi)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(duì)較低，很可能與該品種養(yǎng)殖時(shí)的栽種水草改善了環(huán)境有密切關(guān)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(wú)法達(dá)到中華絨螯蟹生產(chǎn)時(shí)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(yú)在食用時(shí)存在土腥味大的行業(yè)痛點(diǎn)。