加拿大亚北极西北地区饮用水源中检出的微囊藻毒素(Microcystins)

《FACETS》：Microcystins detected in a drinking water source in subarctic Northwest Territories, Canada

　　

蓝藻毒素(Cyanotoxins)在加拿大多个省份的饮用水供应中已是公认的挑战，但在北部地区（育空、西北地区和努纳武特）尚未见报道。本文基于酶联免疫吸附测定（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA）筛查，首次报道了西北地区某市政饮用水源水（未处理）中微囊藻毒素(Microcystins)的检测结果。2024年7月，Sambaa K'e饮用水处理厂的季节性蓄水水库中出现蓝藻水华(Cyanobacteria bloom)，促使当局排空并重新注满水库及家庭储水罐。经认可商业实验室对水库地表水样进行ELISA筛查，连续四天采样均检出总微囊藻毒素高于检出限（0.2 μg/L），浓度范围为1.14～1.72 μg/L。显微镜分析显示水华在数量上以鱼腥藻属(Dolichospermum)（29.9%）、隐球藻属(Aphanocapsa)（15.0%）和微囊藻属(Microcystis)（12.6%）为优势类群，三者均可产微囊藻毒素（及其他蓝藻毒素）。Sambaa K'e饮用水水库中检出微囊藻毒素，凸显了深入了解北部小型社区蓝藻毒素暴露潜在公共卫生风险、制定北方地区饮用水源水中蓝藻水华监测与应急响应政策和方案的必要性。

论文解读：加拿大亚北极西北地区饮用水源中检出的微囊藻毒素(Microcystins)

研究背景与意义

蓝藻水华(Cyanobacteria bloom)因可产生危害人与动物健康的蓝藻毒素(Cyanotoxins)，是全球性公共卫生关切问题。加拿大数个省已采纳联邦建议的最大可接受浓度（MAC：总微囊藻毒素(Microcystins, MC)处理出厂水1.5 μg/L，婴儿用水0.4 μg/L）并建立了监测与响应机制，但北部三个地区（育空、西北地区、努纳武特）此前从未正式确认饮用水源中存在蓝藻或微囊藻毒素问题，故未将蓝藻毒素纳入饮用水标准或建立监测方案。气候变化使北方地表水温升高、敞水期延长、沉积物内源营养盐释放增加，蓝藻水华在历史罕见区域出现的风险上升。2024年7月，西北地区南部原住民社区Sambaa K'e（前称Trout Lake，人口约97人）饮用水处理厂(Drinking Water Treatment Plant, DWTP)的敞开式季节性蓄水水库（容积11 200 m3，最大深度约8 m，无机械循环或曝气，黑衬垫，每年春季从Sambaa K'e湖引水并建议年度排空清洗）中发现蓝藻水华，伴随居民投诉轻微胃肠炎、头痛及水有异味异嗅，且恰逢处理厂关键机械故障。此为加拿大地区(Territory)首次在市政饮用水源水中确认产微囊藻毒素蓝藻水华，论文发表于《FACETS》。

主要技术方法概述

研究人员于2024年7月16、19、24、25日从水库表层采集两份原水样品（浓集区与东侧），合并后送ALS环境实验室用酶联免疫吸附测定（ELISA，EnviroLogix QualiTube Kit for Microcystin CAT. EP022，含超声破碎细胞裂解步骤）检测胞内与胞外总微囊藻毒素(Total MCs)，检出限0.2 μg/L。同期采集经25%戊二醛固定的水样，用Sedgewick-Rafter计数框于光学显微镜（OMAX V83，400×）下鉴定蓝藻至属水平并计数细胞密度，按文献方法计算相对丰度。另于水华期（7月16日）及水库排空重注后（8月18日）采集水样分析总磷(Total Phosphorus, TP)、总溶解性磷(Total Dissolved Phosphorus, TDP)、总氮(Total Nitrogen, TN)及叶绿素a(Chlorophyll-a, Chl-a，EPA Method 445.0荧光法)，并与同期主湖区近岸水样比较。样本来源于Sambaa K'e DWTP季节性原水蓄水库2024年7月暴发之水华。

研究结果

Results and discussion

原水总微囊藻毒素在四天采样中均为阳性，浓度分别为1.72、1.18、1.16和1.14 μg/L，接近或超过加拿大联邦对处理出厂水的总MC-MAC（普通人群1.5 μg/L，婴儿0.4 μg/L），此为加拿大地区首次确认产微囊藻毒素蓝藻水华进入市政饮用水源水。显微镜检共鉴定21个蓝藻属，其中优势类群为鱼腥藻属(Dolichospermum)（平均2.99×10? cells/mL，相对丰度29.9%）、隐球藻属(Aphanocapsa)（2.05×10? cells/mL，15.0%）和微囊藻属(Microcystis)（1.50×10? cells/mL，12.6%），三者均有产微囊藻毒素潜力，部分还可产拟柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin)、鱼腥藻毒素-a(Anatoxin-A)、麻痹性贝毒(Saxitoxin)等其他蓝藻毒素。此外，12个检出属具产毒潜能可涉及至少12类不同蓝藻毒素，提示未来北方监测应拓展至微囊藻毒素以外。总微囊藻毒素浓度与微囊藻毒素产毒属总细胞密度无正相关——7月16日产毒属总细胞密度最低（1.62×10? cells/mL）而总MC浓度最高（1.72 μg/L），印证细胞密度不能预测毒素浓度，低生物量也可致毒素累积。水库水体总磷(TP)、溶解磷(TDP)、总氮(TN)及叶绿素a(Chl-a)均高于引水的主湖区（水华期水库TP 19 μg/L vs 湖区11 μg/L；Chl-a 12.7 μg/L vs 1.4 μg/L），表明停滞、受光加热的黑衬垫敞口蓄水库较源湖泊更易富营养化与利于蓝藻增殖。Sambaa K'e水厂具混凝（碱式氯化铝）、微膜过滤及氯消毒工艺，对胞内毒素靠去除细胞可能部分有效，但无颗粒活性炭/臭氧等去除胞外毒素工艺，除毒效能未评估。居民症状是否与处理水中含蓝藻毒素有关无法确定（同期有水厂机械故障），且此前无蓝藻监测培训致未能早发现水华。

讨论与结论（翻译浓缩）

研究表明西北地区饮用水源水存在产毒蓝藻水华与微囊藻毒素污染，而目前西北地区及其他加拿大地区均无蓝藻及蓝藻毒素的饮用水源水监测或响应规程，因既往认为北方不属风险区，本研究证实此认知有误——蓝藻毒素确为需关注的潜在公共卫生风险，应制定政策并建立报告、监测与采样程序以保护居民健康，西北地区已通过?《公共卫生法》及《供水系统条例》采纳《加拿大饮用水质量标准指南》(Guidelines for Canadian Drinking Water Quality, CDWQG)，应以其中总MC 1.5 μg/L之MAC为监测与响应起点。亟需评估地区内饮用水处理厂去除蓝藻毒素之效能，并建立水华发生时快速现场检测蓝藻毒素之流程以便及时采取处理措施或发布饮水通告，尤其对交通不便之偏远社区；水厂操作员与社区政府亦须获培训以开展水库目视巡查及明确异常征象上报途径。气候变化被认为正增加加拿大及全球蓝藻水华发生频率，需进一步研究水华增加对偏远原住民社区既有供水设施与公共健康之影响；北方诸多社区依赖类似敞口蓄水库且数量与蓝藻水华易感性未知，部分可通过增设曝气等缓解或升级处理工艺，严重时需考虑更换水源。