《Toxics》：A Predictive Model for the Migration and Bioaccumulation of Residual Malachite Green in Aquaculture Sediments: Simulation and Validation
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水产动物安全与人类健康密切相关，然而养殖池塘沉积物中历史残留药物的影响仍不明确。孔雀石绿（Malachite green, MG）是一种禁用渔药，非法使用后迅速转化为隐性孔雀石绿（Leucomalachite green, LMG），并可能在底部沉积物中持久存
水产动物安全与人类健康密切相关，然而养殖池塘沉积物中历史残留药物的影响仍不明确。孔雀石绿（Malachite green, MG）是一种禁用渔药，非法使用后迅速转化为隐性孔雀石绿（Leucomalachite green, LMG），并可能在底部沉积物中持久存在，这引出了一个问题：残留阳性的沉积物能否导致收获期鱼类检测呈阳性。为了回答这一问题，研究人员开发了一种基于食物网生物蓄积模型和沉积物–水分配平衡模型的时间依赖性预测模型，用于模拟沉积物–水–鱼系统。该模型考察了沉积物中历史MG残留与水产动物阳性检出之间的关系，并估算了收获期鱼类体内的LMG残留水平。通过与实测数据比较，进一步验证了该模型的可靠性。结果表明，当沉积物残留浓度为227.48 μg/kg时，养殖期间鱼体内LMG最高浓度达到0.56 μg/kg，表明与鱼体浓度呈正相关。栖息水层越靠近沉积物，鱼类阳性检出风险越高；在中层水层，鱼体LMG浓度可达0.28 μg/kg，且理想条件下中层与下层水层之间存在两倍关系。沉积物有机碳含量决定了LMG向水中释放的量；当设定为0.0035时，水体中初始LMG浓度为0.07 μg/kg，与鱼体浓度呈负相关。本研究证实，沉积物中一定量的残留孔雀石绿可导致养殖期内鳜鱼阳性检出，这与验证实验一致。若模型预测在阳性检出池塘沉积物对应的污染物浓度下不会出现阳性检出，则表明孔雀石绿可能来源于养殖过程中的其他途径；反之，沉积物可能导致鱼类阳性检出风险。该模型的一个局限性在于，在养殖早期阶段可能低估鱼体内的污染物浓度。此外，其对复合污染物暴露效应的预测能力仍有待验证。本研究开发的模型可用于估算养殖期间渔药残留水平，并可能为监管部门区分历史残留与非法使用提供依据，从而提高水产质量安全监管效率。
**论文解读：水产养殖沉积物中残留孔雀石绿的迁移与生物蓄积预测模型研究**
**1. 研究背景与问题**
孔雀石绿（Malachite green, MG）是一种合成三苯甲烷类染料，曾在水产养殖中广泛用于防治水霉病、鳃霉病及某些寄生虫病。MG进入水和鱼体后，可迅速还原为隐性孔雀石绿（Leucomalachite green, LMG），后者具有更强的亲脂性和环境持久性，且同样具有致癌、致畸、致突变风险。为此，包括中国在内的许多国家已禁止在食用动物养殖中使用MG和LMG，并规定食用动物源性食品中不得检出禁用物质。我国相关检测标准中，MG残留指示物通常以MG和LMG残留总量表示，参考GB/T 19857-2005，阳性判定阈值为0.5 μg/kg。
在池塘养殖系统中，MG一旦进入环境，易被底部沉积物吸附，并在沉积物、水和鱼之间发生迁移转化，沉积物成为长期残留库。已有研究多集中于药浴暴露、分析方法、吸附降解等方面，但对沉积物中MG残留是否会导致养殖期内鳜鱼阳性检出的预测分析仍十分有限。特别是当沉积物作为长期污染源持续向水体释放污染物时，亟需一种能够将沉积物残留水平与鱼体残留水平关联起来的预测工具。因此，本研究以鳜鱼为对象，通过整合沉积物–水–鱼系统中的迁移转化过程，构建时间依赖性残留预测模型，以期为评估历史MG残留风险和水产品安全监管提供理论依据。
**2. 研究内容与主要结论**
研究人员基于沉积物–水分配平衡模型和食物网生物蓄积模型，耦合水产养殖实验数据，建立了MG和LMG在沉积物–水–鱼系统中的时间依赖浓度预测模型。模型将沉积物视为主要污染储库，通过模拟沉积物与水之间的释放和再分配过程，以及鱼体的吸收、消除、代谢和生长稀释作用，刻画常规养殖周期内各介质中污染物的动态变化。由于MG不稳定，环境中和鱼体内易转化为LMG，为简化计算，将MG全部折算为LMG当量进行预测。
研究结果表明：当沉积物中LMG初始浓度为227.48 μg/kg、水温22℃、沉积物有机碳分数（fOC）为0.0035时，鳜鱼在整个养殖期内仍可出现阳性检出，鱼体LMG浓度随养殖时间先升后降，约在150 d达到峰值0.56 μg/kg，超过0.5 μg/kg的阳性阈值。模型进一步显示，初始沉积物浓度越高，鱼体残留越高；当初始CS低于200 μg/kg时，养殖周期内不会出现阳性检出。栖息水层对残留影响显著，底层鱼残留浓度最高（0.56 μg/kg），中层鱼为0.28 μg/kg，上层鱼几乎为零，且理想条件下中层与底层鱼体浓度存在1:2关系。沉积物有机碳含量影响污染物固液分配，fOC越低，释放到水中的LMG越多，鱼体残留浓度越高；当fOC低至0.0015时，鱼体最高浓度可达1.32 μg/kg。模型验证采用已发表阳性养殖环境中的残留消除数据，结果表明在150–240 d期间模型预测与实测值具有中等程度一致性（R2=0.7090），偏差为-0.1990，平均绝对误差为0.2911 μg/kg，均方根误差为0.3299 μg/kg，说明模型在养殖后期预测较为准确，但早期存在系统低估。
**3. 主要技术方法**
本研究主要采用以下关键技术方法：（1）沉积物–水分配平衡模型，利用有机碳归一化分配系数（KOC）和沉积物有机碳分数（fOC）计算LMG在孔隙水中的自由溶解浓度；（2）食物网生物蓄积模型，考虑鳃吸收（k1）、鳃消除（k2）、生长稀释（kG）和代谢转化（km）速率常数，建立鱼体浓度动态方程；（3）分段指数生长方程模拟鳜鱼生长过程，结合Gompertz模型回推后期体重；（4）外部验证数据集来自Li等已发表研究（阳性养殖环境，0.2 mg/L MG处理7 d后换水，沉积物残留MG 233.48 μg/kg、LMG 73.38 μg/kg），以LMG当量浓度配对比较预测值与观测值，计算RMSE、MAE、bias和R2进行评估。
**4. 结果详解**
4.1 沉积物–水–鱼残留模型的整体预测：将参数代入方程（10）模拟常规养殖条件下的鱼体残留浓度。结果显示，在沉积物LMG残留227.48 μg/kg、水温22℃、fOC=0.0035条件下，鳜鱼养殖期间LMG浓度先增后减，约150 d达到峰值0.56 μg/kg，证实历史沉积物残留可导致收获期阳性检出。
4.2 不同初始沉积物浓度对阳性检出风险的影响：模拟不同初始CS（27.48、127.48、227.48、327.48、427.48 μg/kg）下的鱼体LMG时间动态，显示鱼体浓度随初始浓度成比例增加。当初始CS为200 μg/kg时，养殖期内鱼体最大浓度0.496 μg/kg，低于阳性阈值，因此推断无阳性检出。表明沉积物残留库具有累积和时滞特征，污染沉积物是收获期阳性检出的潜在来源。
4.3 不同栖息水层对阳性检出风险的影响：设定底层鱼（mP=0.10）、中层鱼（mP=0.05）、上层鱼（mP≈0）代表不同接触概率。模拟结果显示鱼体残留浓度高低排序为底层>中层>上层，中层最大值为0.28 μg/kg，底层为0.56 μg/kg，理想条件下两者呈1:2关系。水层效应主要源于沉积物释放导致的水层浓度差异，实际中鱼类并非固定水层，风险可能更高。
4.4 不同沉积物有机碳含量对阳性检出风险的影响：模拟fOC=0.0015、0.0035、0.0065三种情景。fOC越低，鱼体LMG浓度越高，阳性检出风险窗口延长。fOC=0.0015时最大浓度达1.32 μg/kg。这是因为LMG为疏水性有机物，有机碳含量低时污染物更易释放进入水体，生物有效性增加。
4.5 模型验证与收获期阳性预测：采用Li等已发表的消除数据，将观测值（含N.D.处理为LOD/2）换算为LMG当量后与模型预测比较。150–240 d验证窗口内R2=0.7090，bias=-0.1990，MAE=0.2911 μg/kg，RMSE=0.3299 μg/kg。模型在养殖后期预测较准确，早期低估。
**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，沉积物–水–鱼传递决定了残留的时间持久性。换水虽能暂时降低水相浓度，但不能消除沉积物中已吸附的历史残留，当沉积物与水重新达到分配平衡后，污染物再次进入水相，持续驱动鱼类暴露。因此，仅靠短期换水无法根本消除沉积物污染导致的收获期风险。监管中，阳性结果不一定意味着近期非法用药，也可能源于历史沉积物残留。模型的应用潜力在于：养殖前检测沉积物可识别高风险池塘；养殖中结合fOC和养殖时长动态评估收获期风险；阳性结果后辅助来源判定。模型局限在于：参数主要来自文献，实际池塘差异可能影响准确性；将MG全部折算为LMG导致养殖早期低估；未考虑多污染物共存交互作用。最后结论强调，沉积物总污染物浓度不能单独决定阳性检出概率，还需综合考虑有机碳含量、养殖时长和栖息水层，这有助于解释不同池塘即使沉积物浓度相似，鱼体残留也可能差异显著。该模型为区分历史残留与非法使用提供了监管依据，并促进了水产养殖中禁用药物沉积物–水–鱼迁移与生物蓄积理论的发展。
