水产养殖池塘水体土腥素含量与水环境因子的关系.pdf

水产养殖 2023 年第 8 期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（Eriocheirsinensis）、鲢（Hypophthalmichthys molitrix）、鳙（Aris原tichthys nobilis）、鲫（Carassius auratus）、青虾（Mac原水产养殖池塘水体土腥素含量与水环境因子的关系刘颖1，李忠华2，何俊1，杨光3，殷文健1，张宪中1*（1援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）资助项目：国家特色淡水鱼产业技术体系（CARS-46）；中国水产科学研究院基本科研业务费（NO.2023XT0505）作者简介：刘颖（1983），女，高级工程师，本科，从事水产技术推广工作.E-mail：*通信作者：张宪中（1968），男，正高级工程师，硕士，从事水产技术推广工作.E-mail：摘要：对江苏无锡地区水产养殖池塘水体土腥素残留进行了调查，利用结构方程，解析水体环境指标 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）对土腥素生成的贡献，并判别出主要贡献指标。结果表明，无锡市水产养殖池塘水体土腥素的检出率是 92.59%，检出均值为 21.21 ng/L。NH4+-N、TN 和 TP 3 个主要指标对土腥素生成的贡献最大，且只有 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。指出，中华绒螯蟹的养殖池塘水体土腥素的含量相对较低，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，较难降低水体土腥素生成，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。关键词：土腥素；水产养殖；水质指标；通径分析；无锡中图分类号：X832文献标志码：B文章编号：1004-2091(2023)08-0014-04研 究 与 综 述doi:10.3969/j.issn.1004-2091.2023.08.00314水产养殖 2023 年第 8 期robrachium nipponense）、青 鱼（Mylopharyngodonpiceus）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 69201986），DO 采用 水质 溶解氧的测定 电化学探头法（HJ 5062009），NH4+-N 采用 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法（HJ 5352009）、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 6362012）、TP 采用 水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法（GB118931989），IMn采用 水质 高锰酸盐指数的测定（GB 118921989）。1.5色谱条件GC-MS 仪器采用 DB-5MS 色谱柱（30 m伊0.25 mm伊0.25 滋m），气相柱温箱的升温程序是：起始温度 50 益，保持 1 min；以 10 益/min 的速率升温至 200 益，保持 1 min；以 20 益/min 的速率保持1 min；升温至 220 益，保持 1 min。采用不分流的进样模式，进样口温度为 250 益，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 益，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。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。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。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。图 1 构建从环境因子到土腥素生成的结构方程异味物质（土腥素）细菌和真菌等藻类荩荩荩IMnNH4+-NpH 值TNTPDOTSS指标平均值/（mg L-1）标准差/（mg L-1）变异系数/%pH 值7.652.8236.86DO7.881.5719.92TSS25.7942.54164.95TN2.090.9344.50TP0.370.2978.38NH4+-N0.480.3777.08IMn8.764.1947.83表 1 水质指标的描述性统计量研 究 与 综 述15水产养殖 2023 年第 8 期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：土腥素=43.317+0.234伊pH 值-1.149伊籽（DO）-0.056 伊籽（TSS）+12.678 伊籽（NH4+-N）-4.546 伊籽（TN）-14.692伊籽（TP）-0.519伊籽（IMn）。（1）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：土腥素=31.249+15.405伊籽（NH4+-N）-5.471伊籽（TN）-16.194伊籽（TP）。（2）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 2 各指标之间的相关性分析淤指标pH 值DOTSSNH4+-NTNTPIMnpH 值10.307*0.108-0.067-0.053-0.0490.116DO10.018-0.285*-0.139-0.166-0.132TSS1-0.124-0.069-0.0660.221*NH4+-N10.512*0.358*0.164TN10.570*0.449*TP10.457*IMn1淤*表示检验差异显著。柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫检验夏皮洛-威尔克检验统计自由度显著性统计自由度显著性0.2891080.0000.4811080.000表 3 土腥素含量的正态分布检验指标相关系数直接作用间接作用总和NH4+-NTNTPNH4+-N0.0380.157-0.118-0.072-0.046TN-0.135-0.1410.0060.080-0.074TP-0.155-0.131-0.0240.056-0.080表 4 水质主要指标对土腥素生成的影响贡献研 究 与 综 述16水产养殖 2023 年第 8 期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。参考文献：1 农业农村部渔业渔政管理局，全国水产技术推广总站，中国水产学会.2021 中国渔业统计年鉴M.北京：中国农业出版，2022.2 YUAN J,MORTA S,GRACE Z,et al.Evaluating the rela原tive adsorption and biodegradation of 2-methylisoborneol andgeosmin across granular activated carbon filter-absorbersJ.Water Research,2022,215(15):118239.3 国家环境保护总局编委会.水和废水监测分析方法M.4 版.北京：中国环境科学出版社，2002.4 王明华，钟立强，蔡永祥，等.黄颡鱼形态性状对体重的影响效果分析J.浙江海洋学院学报（自然科学版），2014，34（1）：41-46.5 李志波，宋超，季丽，等.罗非鱼池塘环境因子对叶绿色 a影响的通径分析J.环境科学与技术，2015，38（12）：110-116.（收稿日期：2023-01-29）图 2 水质主要指标对土腥素生成的通径分析异味物质（土腥素）TPTNNH4+-N茛0.512-0.1410.570-0.1310.1570.358渊 下转第 54 页冤研 究 与 综 述17水产养殖 2023 年第 8 期渊 上接第 17 页冤The Relationship between Geosmin Levels and WaterEnvironmental Factors in Aquaculture PondsLIU Ying1,LI Zhonghua2,HE Jun1,YANG Guang3,YIN Wenjian1,ZHANG Xianzhong1*(1.Wuxi Aquatic Livestock Technology Promotion Center,Wuxi,Jiangsu 214021,China;2.Wuxi FisheriesCollege,Nanjing Agricultural University,Nanjing,Jiangsu 214081,China;3.Fishery Engineering Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Beijing 100141,China)Abstract:An investigation was conducted on the residuals of geosmin in the aquaculture ponds of Wuxi,Jiangsu province.Utilizing structural equations,we examined the contributions of environmental factors in the wa原ter like pH,dissolved oxygen(DO),total suspended solids(TSS),ammoniacal nitrogen(NH4+-N),total nitrogen(TN),total phosphorus(TP),and permanganate index(IMn),to the formation of geosmin.We also identified the maininfluential factors.Results indicated that geosmin detection rate in aquaculture ponds in Wuxi was 92.59%,withan average detection value of 21.21 ng/L.Notably,the contributions from NH4+-N,TN,and TP were the mostsubstantial.Only NH4+-N exhibited a direct positive correlation with geosmin formation,possessing a correlationcoefficient of 0.038.Geosmin content in Chinese mitten crab aquaculture ponds was comparatively lower.The re原search suggests that controlling water quality in farms rearing other aquatic species,especially popular freshwaterspecies,is challenging due to high density and consequent large feed quantities.This difficulty in controlling wa原ter quality and reducing geosmin production leads to a major industry issue:prominent earthy flavors detected inlarge freshwater fish like bighead carp and silver carp at consumption.Key words:Geosmin;Aquaculture;Water quality indicators;Path analysis;Wuxi人工工资 30.9 万元），净利润约 179.4 万元。3讨论3.1苗种选择建议选择均匀度好的 P7 和 P8 金刚对虾苗，在运输时须小心，打包密度要稀。本试验由于放的是 P3 苗，均匀度很差，导致生产周期延长，增加了养殖难度。3.2改底与排污金刚对虾活动能力相对较弱，体表和鳃很容易附着滋生纤毛虫，在养殖过程中，强化改底排污、定期消毒、促使其快速蜕壳是成功的关键。在蜕壳前后，多补充钙镁等微量元素，可提高成活率和品相，有助提高销售价格。3.3保温由于金刚对虾为高温种，最适水温 2834 益，本试验发现，当水温降到 24 益时，出现吃料减少、蜕壳周期延长、生长缓慢等现象。浙江地区在 10 月中下旬气温开始下降，到 11 月初，金刚对虾几乎不生长，导致后期饲料系数偏高，生产成本上升。饲料系数基本上为 1.8，有几口池甚至超过了 2。建议浙江地区放苗时间尽量提前到 5 月中旬，9 月中旬就提前盖棚保温养殖，因为越到后期，销售价格越高。3.4分级养殖对同一批虾苗进行分级养殖，可合理调节养殖密度3，缩短单一池塘养成时间，降低养殖过程中的病害风险，提高养殖成功率和效益。参考文献：1 王荣星，张新峰，刘帅，等.金刚虾夏季工厂化养殖技术J.科学养鱼，2021，37（9）：61-62.2 黄继廷，郑德州.金刚虾高密度养殖J.当代水产，2020，49（8）：75-76.3 李春岭，石延港，宋学章，等.北方地区金刚虾设施化养殖试验J.科学养鱼，2017，33（3）：36-37.（收稿日期：2023-02-01）试 验 与 总 结54