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(shù)推廣中心,江蘇 無錫 214021;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院,江蘇 南京214081;3.中國水產(chǎn)科學(xué)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(yù)。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(dá)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(qiáng)省作出了重要貢獻(xiàn)。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(fèi)時的不愉快感。文獻(xiàn)[2]研究表明,水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的來源,主要由藻類(如藍(lán)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(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)境因子對土腥素生成的貢獻(xiàn),并判別出主要貢獻(xiàn)指標(biāo),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(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)對土腥素生成的影響,擬為指導(dǎo)無錫地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色、高質(zhì)量發(fā)展,提供技術(shù)支撐。
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(shè)置20 個采樣點位,每月采集水樣。
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。
檢測指標(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。
各類水質(zhì)指標(biāo)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(xué)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)。
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,水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中土腥素的檢測限為1 ng/L。
采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)進(jìn)行檢測。將待測水樣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)行測定。
構(gòu)建從環(huán)境因子到土腥素生成的結(jié)構(gòu)方程見圖1。通徑系數(shù)表示各水質(zhì)指標(biāo)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(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,展開多元回歸分析。對得到的偏回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗,剔除檢驗不顯著的部分因子后進(jìn)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(gòu)建從環(huán)境因子到土腥素生成的結(jié)構(gòu)方程
水質(zhì)指標(biāo)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(biāo)的描述性統(tǒng)計量
各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)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(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
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
通過偏回歸系數(shù)方程計算各類因子的決定系數(shù),構(gòu)建方程如下:
該方程能夠在一定程度上通過水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)值預(yù)測其同時期的土腥素含量。但由于部分指標(biāo)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(yán)重的指標(biāo)舍去,進(jìn)一步留下來的指標(biāo)包括NH4+-N、TN 和TP。利用這3 個指標(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)更加簡單,保留了主要的水質(zhì)指標(biāo),也能夠在預(yù)測能力方面比原方程更加準(zhǔn)確一點。
水質(zhì)主要指標(biāo)對土腥素生成的影響貢獻(xiàn)見表4。水質(zhì)主要指標(biāo)對土腥素生成的通徑分析見圖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,NH4+-N 對土腥素生成呈現(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TN與TP 的間接作用都是負(fù)相關(guān)的。TN 與TP 對土腥素生成均呈現(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)對土腥素生成的影響貢獻(xiàn)
圖2 水質(zhì)主要指標(biāo)對土腥素生成的通徑分析
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,篩選得到了黃顙魚等重要經(jīng)濟(jì)魚類形態(tài)重要指標(biāo)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(yīng)該更加關(guān)注形態(tài)指標(biāo)。文獻(xiàn)[5]利用該方法,研究了池塘各類水質(zhì)指標(biāo)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(jìn)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(biāo)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(yù)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(jìn)一步檢測土腥素殘留的方式來進(jìn)行評判。因為利用頂空固相微萃取進(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)行魚肉樣本的處理,其過程相當(dāng)煩瑣,需要有較強(qiáng)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(shù)的推廣任務(wù),更多由區(qū)、縣、市等地方的水產(chǎn)技術(shù)推廣單位來指導(dǎo)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(biāo)來預(yù)測或評判影響水產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo),對指導(dǎo)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(jìn)作用。
魚體中土腥素含量的積累來源,主要是由水體中以藍(lán)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(biāo),能夠極大地影響水體菌藻的群落,進(jìn)一步對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(guān)性,其原因是在檢測的這些指標(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(qiáng)精準(zhǔn)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(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,無法達(dá)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。