阿拉斯加北极乡村地区家庭环境暴露：水、土壤与室内空气的综合评估

《Environmental Research》：Household-Level Environmental Exposure in Rural Arctic Alaska: An Integrated Assessment of Water, Soil, and Indoor Air

　　

摘要：阿拉斯加偏远农村地区的家庭可能面临与分散式供水系统、家庭用水运输与储存、入口区颗粒物以及室内湿度状况相关的环境质量担忧。然而，这些环境介质很少在同一住宅内被共同评估。本先导研究在九个住宅中进行了饮用水采样，其中八个提供了足够的数据，在阿拉斯加图努图利亚克（Tuntutuliak）进行了整合的跨介质评估。该评估结合了对家庭饮用水、入口区样本以及室内和室外霉菌的实验室和快速现场分析。饮用水的化学分析显示，铅（Pb）、镉（Cd）和锑（Sb）的浓度普遍较低。然而，在超过一半的样本中，砷（As）的浓度达到或超过世界卫生组织的指南值，表明需要确认性的和季节性重复的水质监测。锰（Mn）的浓度在20个样本中的10个超过了世界卫生组织目前暂定指南值0.08 mg/L，最高浓度约为指南值的6.2倍。镉（Cd）（三个样本，最高为三倍以上）、铅（Pb）（三个样本，高出指南值20–40%）、锑（Sb）（一个样本）和铀（U）（一个样本，另有另一个样本等于指南值）也出现了零散的超标。快速现场测试重现了定性趋势，但相对于实验室测量值高估了浓度，证明了其在筛选方面的实用性，但定量准确性有限。入口区样本显示出家庭间存在显著的变异，与已发表的阿拉斯加土壤数据和通用住宅土壤基准相比，最一致的筛查水平升高出现在锌（Zn）、铜（Cu）和铬（Cr）中。对36个位置的微生物学检查显示，室内和室外空气样本（75 L）均以担孢子为主，而表面样本则以枝孢子型孢子为主。使用研究特定的权重整合法进行解释，八个参与建筑中的七个显示了可能室内真菌增殖的提示性或强证据。这些类别描述了相对的环境证据，并不代表经过验证的健康风险阈值。在八个参与家庭中，研究结果揭示
了潜在化学、颗粒和生物暴露途径的共同存在。这些先导结果支持了整合的家庭层面评估的价值，但在更广泛地推广到图努图利亚克或其他农村北极社区之前，需要通过更大规模的、季节性重复的研究进行确认。

引言：阿拉斯加的偏远定居点代表了供水、卫生和环境健康的独特但系统性脆弱的背景。阿拉斯加农村有相当比例的家庭没有连接到集中式供水和下水道分配网络，而是依赖雨水和融水作为饮用水（Hennessy等，2008；Mattos等，2021；Spearing等，2022）。在这种分散式条件下，饮用水的安全性在很大程度上取决于家庭层面，运输、储存、容器再利用和用水处理实践引入了额外的污染风险（Mattos等，2021；美国环保署，2020）。在育空-库斯科克维姆三角洲地区，这些基础设施挑战因环境和气候压力而加剧。亚北极海洋气候的特点是长时间的零下温度、季节性冻土、冻融循环以及影响水源质量和地上基础设施完整性的洪水事件（Bieniek等，2014；Walsh等，2011；美国国家海洋和大气管理局，2023）。阿拉斯加原住民社区面临不成比例的风险，因为基础设施限制与社会经济和地理孤立相交织，影响了卫生习惯和传染病负担（Hennessy等，2008；Eichelberger，2018）。来自阿拉斯加农村的经典流行病学数据显示，在家庭室内供水和卫生系统接入率较低的地区，多种"水冲型"和"水传播"感染的住院率显著增加（Hennessy等，2008；Gessner，2008）。Hennessy等（2008）分析了阿拉斯加农村地区的原住民人口，比较了有无室内管道供水/废水服务的感染性疾病的住院情况。他们发现在缺乏室内服务的地区，呼吸道、皮肤和胃肠道感染的住院率显著更高（Hennessy等，2008）。Mosites等（2020）进一步扩展了这一研究，比较了
管道供水、车辆运输供水和自拉供水服务的社区，报告了与供水服务梯度一致的呼吸道、皮肤和胃肠道感染的住院/门诊就诊差异。最近关于阿拉斯加农村供水基础设施的研究表明，服务可持续性不仅由工程解决方案决定，还受财务、物流和劳动力限制的影响（Spearing等，2022；Fuente等，2022）。虽然公共数据库和监管监测系统提供了系统层面合规性的信息，但这些数据反映的是处理厂或分配系统层面的水质，并未考虑家庭运输、储存和使用过程中引入的变异（阿拉斯加环境保护部，2024；环境工作组，2024；美国环保署，2024）。然而，许多官方资料中的根本性缺口在于，它们反映的是水系统层面的数据，而实际储存容器中的水质、家庭实践的变异以及家庭中的二次污染仍然研究不足（Mattos等，2021；美国环保署，2020）。细菌污染和无机杂质的存在，包括源自水源、人工运输、容器储存和长期室内保留的金属，以及在洪水和侵蚀过程中可能迁移的金属，需要特别关注（Hennessy等，2008；Rowles等，2020；世界卫生组织，2017）。Mattos等（2021）研究了两处偏远、农村、无管道阿拉斯加社区的家庭，报告了水的运输、储存、再利用和季节性限制如何塑造超出经典粪-口途径的病原体暴露。在另一项研究中，Rowles等（2020）评估了阿拉斯加原住民社区中离网供水的供应情况，描述了水质和微生物生态，明确将风险框架化为由偏远性、资源有限和气候压力所复合。国际建议和监管规范强调，饮用水的化学安全不仅取决于优先元素（如As、Pb、Cd、Cr、U）的平均浓度，还取决于沿分配链至消费者的持续监测和防止二次污染（世界卫生组织，2017；美国环保署，2023；世界卫生组织，2011）。

然而，偏远定居点的环境暴露不仅限于饮用水。土壤污染代表了额外的关注途径。通过鞋子带入室内的颗粒会在入口区域和门垫上积聚，这些区域充当了外部和内部污染源的综合体（You和Wan，2015；美国环保署，2011）。在北极定居点，由于未铺装道路比例高、季节性洪水、机械化运输（如全地形车和雪地车）、当地废物燃烧以及入口区域保持清洁的机会有限，这一途径的重要性可能增加。

室内暴露的另一个维度与生物污染物有关。寒冷气候的住房条件，包括冬季通风有限、水分积聚、热桥效应和人口拥挤，可能创造有利于霉菌生长和孢子增殖的条件（Conrad等，2025）。室内霉菌暴露与呼吸道和过敏结果相关，可能代表北极社区中一个重要但描述不足的风险因素。虽然室外空气提供了真菌生态的基线，但当水分损坏或通风不足改变了室内和室外孢子浓度之间的平衡时，室内增殖可能发生。最近一项阿拉斯加农村沿海地区的家庭研究进行了空气和表面霉菌测试以及现场建筑评估，报告了大量家庭中表面上存在霉菌指示物，以及在相当比例的子集中可测量的空气中霉菌浓度（Conrad等，2025）。

新兴文献还强调了室内空气和土壤中微塑料的存在，作为通过吸入和无意摄入的潜在暴露途径，尤其是对儿童而言（Mohamed Nor等，2021；Torres-Agulló等，2022；Eberhard等，2024）。虽然北极定居点的相关数据稀缺，但基于形态学的入口区综合样本筛选可能识别出需要后续聚合物特异性分析的颗粒。然而，仅凭形态学无法确认这些颗粒是微塑料（Wright和Kelly，2017）。

重要的是，环境暴露不仅由测量的污染物水平决定，还受行为和感知因素的影响。研究表明，对饮用水安全的主观感知会影响家庭实践，包括水源选择和储存行为，并且这些感知并不总是与分析测量直接相关（Javidi和Pierce，2018；Anthonj等，2022）。在小型和偏远社区，这种感知与测量之间的差异可能显著影响暴露模式和缓解策略。

现有的北极环境健康研究在暴露介质之间仍然是分散的。家庭水研究主要考察水源水质、微生物污染、水运输、储存和卫生实践，而土壤和尘埃研究通常集中在地质或人为金属富集和颗粒传输上。室内环境研究分别评估了寒冷气候住房中的潮湿、通风限制和真菌污染。因此，与水和带入土壤颗粒相关的化学暴露以及与室内霉菌相关的生物暴露很少在共同的家庭层面框架内进行评估。据我们所知，此前没有研究同时评估过饮用水元素、入口区土壤元素作为带入颗粒暴露的指标，以及同一组家庭中的室内和室外霉菌，在一个偏远农村北极社区中。这种分散性限制了描述共存环境指标的能力，也提供了本研究整合设计的主要动力。

为了弥补这一空白，本研究旨在对阿拉斯加偏远定居点图努图利亚克（贝塞尔普查区，育空-库斯科克维姆三角洲）进行整合的环境评估。研究目标为：1）使用实验室和快速筛选方法表征家庭层面饮用水质量的变异；2）评估从住宅入口区收集的土壤中优先污染物的水平，作为带入颗粒暴露的指标；以及3）评估室内和室外霉菌谱以及室内增殖的潜在性。

地理与社会人口特征：本研究在图努图利亚克村进行，这是一个位于美国阿拉斯加西南部贝塞尔普查区的偏远尤皮克定居点，位于下库斯科克维姆河三角洲，大约在贝塞尔西南40公里处（坐标60.3426° N, 162.6727° W（Tuntutuliak 2026a）；图1）。该社区以低地苔原景观为特征，以沼泽地区、季节性洪泛区和受冻土影响的土壤为主。总面积约为300平方公里。

饮用水质量结果：从饮用水质量的卫生和卫生学评估角度来看，世界卫生组织（WHO）仅为一份有限元素列表建立了推荐指南值，这些元素在慢性暴露下已被证明具有毒理学意义。这些元素包括Al、As、Ba、Cd、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se和U。它们传统上被认为是饮用水化学安全的优先指标，用于比较分析数据与国际……

讨论：本先导研究对阿拉斯加图努图利亚克的八个参与家庭进行了整合的多组件环境评估。研究发现提供了家庭特定的共存水、入口区颗粒和室内生物暴露指标证据，但不旨在代表全村患病率。在缺乏集中供水基础设施的情况下，处理和储存过程是水质决定的关键因素。对于室内环境……

结论：本先导研究在阿拉斯加图努图利亚克的八个参与住宅中整合了饮用水、入口区颗粒和室内霉菌评估。在20个家庭水样本中，13个样本的As浓度达到或超过世界卫生组织0.01 mg/L的指南值，10个样本的Mn超过了世界卫生组织目前暂定指南值0.08 mg/L。Cd、Pb、Sb和U也出现了零散的超标。这些发现确定了个别水样本和……

CRediT作者贡献声明：Donovan Johnson：写作–审阅与编辑，数据整理，概念化。Joseph G. Allen：写作–审阅与编辑，验证，形式分析，数据整理。Zahra Keshavarz：写作–审阅与编辑，调查，形式分析，数据整理。Cody McIntyre：写作–审阅与编辑，数据整理，概念化。Somayeh Asadi：写作–审阅与编辑，监督，资源，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。Parham Azimi：……

未引用参考文献：Mold，2026b；Ritter等，2018；Rowles III等，2020。

参与同意：不适用。本研究不涉及人类参与者。进入参与住宅和收集环境样本的许可是从住户或授权家庭代表处获得的。

出版同意：不适用。

伦理批准：不适用。本研究涉及家庭用水、入口区颗粒物、室内和室外空气以及建筑表面的环境采样。

本研究未招募人类参与者，未收集或分析任何可识别的私人、人口统计、行为或健康信息。利益冲突：作者声明不存在利益冲突。数据可用性声明：支持本研究结果的数据可向通讯作者提出合理请求后获取。资助：本工作由美国国家科学基金会极地项目办公室资助，资助编号为#2452296。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写。本材料中表达的任何观点、发现、结论或建议均为作者本人所有，不一定反映美国国家科学基金会的观点。利益冲突声明：? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Somayeh Asadi报告获得了美国国家科学基金会的财务支持。如有其他作者，他们声明不存在已知的、可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。致谢：我们衷心感谢阿拉斯加州通图鲁利亚克镇的居民和地方领导人，感谢他们允许我们进入参与的研究住所并支持环境采样活动。Valentin Romanovski | Somayeh Asadi | Parham Azimi | Zahra Keshavarz | Cody McIntyre | Donovan Johnson | Joseph G. Allen，美国弗吉尼亚大学材料科学与工程系，弗吉尼亚州夏洛茨维尔市，邮编22904。