基于逐步回歸模型的池塘養殖環境環丙沙星暴露水平預測模型的構建

摘要：為實現對池塘養殖水體中環丙沙星殘留量的短期預測，采用高效液相色譜串聯質譜聯用技術，對太湖流域養殖池塘的水體和沉積物樣本進行恩諾沙星（ENR）與環丙沙星（CIP）殘留量分析。通過詳細的數據分析，揭示了池塘水體中恩諾沙星含量、環丙沙星含量以及沉積物中恩諾沙星含量、環丙沙星含量之間的線性相關性數據，并進一步重點考察了關鍵理化指標（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）與以下4個過程的相互作用關系：（1）沉積物恩諾沙星含量與環丙沙星含量；（2）水體恩諾沙星含量與環丙沙星含量；（3）水體恩諾沙星含量與沉積物恩諾沙星含量；（4）沉積物環丙沙星含量與水體環丙沙星含量。通過細致的變量篩選與計算，最終構建了沉積物中環丙沙星含量的預測模型：C（CsIePd ） = 0.647 + 0.191C（EsNedR） - 1.358CTP，該模型的決定系數（R）為0.805，具有一定的預測價值；同時，還建立了沉積物中環丙沙星含量預測水體中環丙沙星含量的預測模型：C（CwIPat ） = ?0.413 - 0.017C（CsIePd ） -0.063A+0.174B，其R達到了0.646，顯示出良好的預測準確性。模型的構建為水產池塘養殖水體中環丙沙星殘留量的有效監控提供了技術支撐，可通過沉積物中環丙沙星的含量預估水體中環丙沙星的含量。

關鍵詞：環丙沙星；恩諾沙星；回歸模型；預測模型

中圖分類號：X714 文獻標志碼：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，被廣泛應用于醫療健康、畜牧業[1]以及水產養殖[2]等行業。其在畜牧業中被廣泛用于治療和預防疾病，并作為飼料添加劑來增加動物的質量[3]。常見的抗生素種類有喹諾酮類、磺胺類、四環素類、大環內酯類以及β-內酰胺類[4]。水產養殖行業在我國占據重要地位，我國連續30余年保持世界上最大的水產養殖國家地位[5]，2023年全國水產品總產量達到7 116萬t。隨著水產養殖規模的擴大以及養殖產量的逐漸增加，水產養殖動物常遭受病害侵襲，病害通常由病毒、細菌、真菌以及原生動物等引起。針對水產病害，通常選用抗生素來增強水產動物抗病能力，減弱病害侵襲，因此水產養殖中抗生素消耗量逐年攀升。近年，在水產養殖區域的水質監測工作以及水產動物抽檢中，各大類抗生素均有殘留檢出。水產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險，對人體健康以及環境造成一定威脅，因此，加強對抗生素的監測并及時防控具有重要意義。

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

養殖池塘是進行水產養殖的必要場所，其底部會沉積大量淤泥，淤泥是細菌、真菌、病毒、寄生蟲等致病元素的最佳藏身之處，因此對養殖池塘水體以及養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和水產養殖業中的廣泛使用，其降解產物環丙沙星在養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挑戰。目前測定各種樣品基質中有機化合物最常用的技術一般有高效液相色譜法和液相色譜-串聯質譜法[16-18]。雖然通過固相萃取技術實現了目標分子富集，恩諾沙星、環丙沙星的檢出限為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雜前處理的特點顯著制約了其實際應用。尤其對于魚類這類生物基質復雜的樣本，需要經歷組織均質、蛋白質沉淀、脂類去除等多步前處理，檢測周期長。色譜/質譜法雖具有高靈敏度和抗干擾能力[20]，但設備購置成本高，且需要專業技術人員操作，難以滿足養殖池塘高頻次、多點位的長期監測需求，無法實時掌握抗生素暴露動態。太湖流域水產養殖企業眾多，對養殖用抗生素殘留量的大致估算對水產養殖的長期穩定健康發展至關重要。因此，本研究通過對太湖周邊不同養殖池塘的池塘水以及沉積物中恩諾沙星和環丙沙星含量進行檢測，擬對池塘水和沉積物中恩諾沙星和環丙沙星含量關系構建不同的模型，初步對養殖池塘中環丙沙星的大致暴露水平進行科學預測，構建相關含量預測模型。

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，選取太湖周邊水產養殖池塘，包括江陰市、宜興市、錫山區和惠山區的40個水產養殖池塘，共80個樣本點，其地理坐標范圍為北緯31°27′21″～31°56′34″，東經119°36′51″～120°35′29″。于2024年8—10月份共采取80個點位的養殖池塘水和沉積物，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。