鄂北崗地和鄂東湖區土壤礦物質與居民健康關系研究

劉彥彤，黃升謀

(湖北文理學院 化學工程與食品科學學院，湖北 襄陽 441053)

1 引言

筆者2004年從鄂東長江之濱的平原湖區來到鄂北崗地學習或工作，很快發現兩地居民面容差別巨大，和鄂東湖區居民相比，鄂北崗地居民皮膚較黑、較粗糙，皺紋較深，O型腿、X型腿、駝背、“倒屁股”(髖關節發育不良)、 矮個較多，頭發較黃、白得比較早，雙胞胎較多。這一切引發筆者深深的思考，是什么原因導致兩地居民巨大的差異？

碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素、礦物質營養對人體的生長發育起重要的作用，直接影響人的健康及外貌[1]。碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素等都可以通過植物或動物合成，人只要吃相應的食物就可以獲得，隨著人們生活水平提高，碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素營養都能得到滿足。然而，礦物質來自于土壤，植物、動物和人體都不能合成，植物通過吸收土壤中的礦物質而獲得，動物通過吃食植物而獲得，人通過吃食植物或動物獲得，如果某地土壤中缺乏某種礦物質，那么該地的植物、動物都缺乏該種礦物質，如果人只吃該地的植物、動物就會缺乏該種礦物質。鄂北崗地和鄂東湖區兩地居民人種相同，飲食習慣相近，經濟條件相當，能對兩地居民外貌和健康產生較大影響的只能是礦物質。雖然前人對不同土壤礦物質分布的研究較多[2～7,16]，但是，崗地,特別是湖區(土壤由河流水土沉積形成的特殊土壤)礦物質的特點以及與居民健康的關系的研究無人涉足，所以本文通過測定鄂北崗地和鄂東湖區兩地礦物質含量并調查了兩地居民的健康狀況，為了解不同地形土壤礦物質特點及與人群健康的關系提供理論基礎。

2 材料與方法

2.1 材料

鄂北崗地土壤：取自襄陽市襄州區團山鎮，取土深度25 cm。

鄂東湖區土壤：取自武漢市黃陂區武湖街道辦，取土深度25 cm。

2.2 方法

(1)佝僂病、矮小癥及雙胞胎率調查：選取兩地(襄陽市襄州區團山鎮和武漢市黃陂區武湖街道辦)20～40歲(改革開放后出生，生活條件改善，吃外地食品較多)，40～60歲(改革開放前出生，基本自給自足，吃外地食品較少)男女各1000名為調查對象,統計佝僂病和矮小癥的發病率。佝僂病以O型腿、X型腿、駝背、“倒屁股”為標志，相當于醫學中度以上佝僂病，矮小癥以男1.6 m、女1.5 m以下為標志，同時調查雙胞胎率。

(2)土壤鈣含量的測定：土壤鈣含量的測定按文獻[8]的方法進行。

(3)土壤鐵(有效鐵)鋅(有效鋅)含量的測定：土壤樣品經DTPA-TEA-CaCl2提取后，用原子光譜法直接測定溶液中的鐵和鋅含量(見文獻[9])。

(4)土壤有效硒含量的測定：土壤有效硒的提取和測定方法按文獻[10]的方法進行。

(5)土壤碘含量的測定：土壤碘含量的測定方法按文獻[11]的方法進行。

3 結果與分析

3.1 鄂北崗地和鄂東湖區土壤礦物質含量差異

鄂北崗地和鄂東湖區土壤礦物質含量差異如表1所示。

從表1可知，與鄂東湖區相比，鄂北崗地鈣、鋅、硒、碘含量較低，鐵含量較高，鄂東湖區5種礦物質含量中等，接近全國平均水平，鄂北崗地5種礦物質含量偏高或偏低，例如鈣含量為0.26，接近山東省最低的0.24，而鐵含量為68.36，進入全國高值區間。分析表明：鄂北崗地由于地勢較高，其他地方的水土(包含礦物質)不能流入，而本地土壤中的礦物質由于長年雨水的沖刷，隨水土順河流流到平原湖區，因此土壤礦物質特別依賴土壤母質,容易缺乏礦物質，鄂東湖區(武湖街道辦的平原湖區)位于長江北岸，千百年來,由于長江洪水泛濫，長江的水土沉積于此，其土壤(耕作層)礦物質基本來源于長江水土的沉積,與當地土壤母質基本無關,而此處的長江的水土匯集了長江中上游地區各地的水土，各地的礦物質在長江中混合，所以武湖街道辦的平原湖區礦物質非常均衡,其含量多處于平均值或中等區間。

表1 鄂北崗地和鄂東湖區土壤礦物質含量差異

注:鈣、鋅、鐵、硒、碘的平均值(中等)、最低值、最高值分別來自文獻[13]、[14]、[14]、[15]、[12]

3.2 鄂北崗地和鄂東湖區健康狀況

鄂北崗地和鄂東湖區健康狀況如表2所示。

表2 鄂北崗地和鄂東湖區健康狀況 %

從表2可知，鄂北崗地40～60歲男女佝僂病分別高于鄂東湖區128%和258%，矮小癥分別高于鄂東湖區200%和300%，鄂北崗地20～40歲男女佝僂病分別高于鄂東湖區133%和156%，矮小癥分別高于鄂東湖區60%和150%。鄂北崗地雙胞胎率比鄂東湖區高325%。可見無論男女、年齡，鄂北崗地佝僂病和矮小癥都高于鄂東湖區，其中男人差別較小，女人差別較大，20～40歲差別較小，40～60歲差別較大。

分析表明，鈣、鋅和碘與人的生長發育密切相關，直接影響人體骨骼的發育和身高。鈣是人體內200多種酶的激活劑, 鈣能通過與鈣調素結合，激活鈣調素，活化的鈣調素調節一系列酶的活性，從而促進人體的生長發育[1]。鈣是構成骨骼和牙齒的主要成分，預防骨質疏松和骨質增生。鈣攝入不足，會使兒童、青少年偏食、厭食、骨骼發育不良、佝僂病，使中老年骨質疏松和骨質增生、骨質軟化、各類骨折。鋅不僅是DNA聚合酶、RNA聚合酶等幾十種酶的必需成分，也是某些酶的激活劑，同近百種酶的活性有關，控制人體各種代謝過程，特別是蛋白質、脂肪、糖以及核酸的合成和降解。鋅影響性激素和生長素的合成和活性，促進人的生長發育，兒童和青少年缺鋅，DNA的合成速率降低、細胞分裂速度降低，可使生長停滯，身材矮小，甚至侏儒，毛發色素變淡、指甲上出現白斑。碘是甲狀腺素合成和活性所必需，甲狀腺素能活化體內100多種酶，碘通過甲狀腺素能促進生物氧化和磷酸化的偶聯、調節能量轉換，促進蛋白質合成和分解，促進糖原和脂肪分解氧化。甲狀腺素促進中樞神經系統和骨骼的正常發育。兒童的身高、體重、骨骼、肌肉的生長發育和性發育都有賴于甲狀腺素。硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的組成成分，此酶催化還原性谷胱甘肽(GSH)與過氧化物的氧化還原反應，具有抗氧化作用，是重要的自由基清除劑(是維生素E的50～500倍)。硒依靠其強大的抗氧化功能，清除體內的有害自由基，防止人體衰老[1]。

鄂北崗地土壤由于鈣、鋅和碘含量較低，影響了人的生長發育以及骨骼的生長，所以佝僂病、矮小癥相較稍多。40～60歲人由于出生在改革開放以前，生活條件較差，特別是農村出生的人，糧食和蔬菜基本自給自足，礦物質嚴重依賴當地水土，所以鄂北崗地40～60歲人佝僂病、矮小癥較多，特別是女性由于更年期以后，對鈣的吸收減少，流失增加，導致骨質疏松，所以佝僂病更多。而20～40歲人出生在改革開放以后，生活條件較好，食品流通廣泛，有的人通過吃外地糧食和蔬菜，對當地水土礦物質依賴降低，且尚未到更年期，骨質疏松導致的佝僂病尚未出現，所以佝僂病、矮小癥較少。

礦物質不僅影響人的生長發育，而且一些礦物質能與DNA結合，影響基因表達。鄂北崗地雙胞胎較多可能也是由于土壤礦物質影響胚胎細胞基因表達造成的。

4 討論

碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素、礦物質營養對人體的生長發育起重要的作用，直接影響人的健康及其外貌。碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素等都可以通過植物或動物合成，人只要吃相應的食物就可以獲得，隨著人們生活條件改善，碳水化合物、脂肪、蛋白質、維生素營養都能得到滿足。然而，礦物質來自于土壤，植物、動物和人體都不能合成，植物通過吸收土壤中的礦物質而獲得，動物通過吃食植物而獲得，人通過吃食植物或動物獲得，如果某處土壤中缺乏某種礦物質，那么該處的植物、動物都缺乏該種礦物質，如果人只吃該處的植物、動物就會缺乏該種礦物質。而礦物質是構成機體組織的重要原料，參與組織構成，維持體液平衡,幫助傳遞電子，礦物質鉻、鐵、鋅、錳、銅、鎳等能與DNA結合，影響基因表達。一些微量元素與激素、酶蛋白或輔酶等結合，調控人體生物化學反應，促進人體生長發育，影響人的身高，體型和外貌[1]。鄂北崗地和武湖街道辦平原湖區兩地居民人種相同，飲食習慣相近，經濟條件相當，能對兩地居民外貌和健康產生較大影響的只能是礦物質。除了前述鄂北崗地居民佝僂病、矮小癥與其土壤鈣、鋅和碘缺乏直接相關以外，鄂北崗地居民皮膚較黑、較粗，皺紋較深，頭發較黃，白的比較早，可能都與其礦物質含量或礦物質的平衡有關(機理有待進一步研究)，例如：鄂北崗地由于土壤硒含量較低，導致谷胱甘肽過氧化物酶的抗氧化防衰老活性較低，居民皮膚衰老較快，皺紋較多，較深，甚至鄂北崗地雙胞胎較多可能也是由于土壤礦物質影響胚胎細胞基因表達造成的(一些礦物質與DNA結合，影響基因表達)。

人體需要的礦物質特別是微量元素很少，某些微量元素在體內的生理作用劑量與中毒劑量非常接近，各種礦物質是相互作用、相互影響，礦物質過量或不足會引起疾病甚至癌癥，通過藥物獲得礦物質容易過量，且不平衡，容易引起“單鹽毒害”,所以礦物質均衡對人體健康非常重要。然而，由于我國各地地質條件不同，地勢各異，土壤礦物質含量差異巨大，有些地方一種礦物質含量過高，另一種礦物質含量過低，導致各種地方病發生。特別是山區和崗地，由于地勢較高，別的地方的水土(包含礦物質)不能流過來，本地土壤中的礦物質由于雨水的沖刷，隨水土順河流流到平原湖區，容易造成礦物質缺乏，所以有些山青水秀的地區因礦物質不足或過多，導致癌癥，成為癌癥村。而平原湖區例如武漢市黃陂區武湖街道辦平原湖區位于長江北岸，千百年來由于長江洪水泛濫，經常被淹沒，長江的水土沉積于此，而此處長江的水土匯集了長江中上游地區各地的水土，各地的礦物質在長江水翻滾中混合，非常均衡,所以其居民健康漂亮。特別是長江下游平原如江蘇省蘇、錫、常等地區的長江水匯集了長江全流域更多地區的的水土，這些地區有的某種礦物質高，有的某種礦物質低，通過長江水的翻滾混合成礦物質均衡，含量中等的水土，在洪水泛濫時沉積于周圍土壤，通過千百年的沉積，使長江下游平原土壤礦物質更平衡的，不管是對人還是對農作物，都不會造成某種礦物質缺乏，也不會形成“單鹽毒害”。所以長江下游平原的農作物豐產，營養豐富，人們健康漂亮，所以蘇南地區被歷代稱為 “美女之地，魚米之鄉”。

相反，山區崗地，由于地勢較高，別的地方的水土(包含礦物質)不能流過來，本地土壤嚴重依賴本地土壤天然的礦物質，礦物質含量是隨機的，有的土壤某種礦物質含量高，某種礦物質含量低，礦物質不均衡，此外，由于長年雨水的沖刷，山區崗地礦物質隨水土順河流流到平原湖區，特別容易缺乏水溶性較高的的礦物質，一些落后的山區崗地飲用井水，而井水只溶解了水井局部土壤周圍礦物質，偶然性和隨機性很高，礦物質很不均衡，所以，農村把井水改來自河流的自來水，有利于攝取均衡的礦物質。

不同地域的水土由于土壤礦物質的不同，養活的是健康(外貌)狀況不同的人。礦物質不均衡的山區崗地的人容易發生地方性疾病[17]，外貌也受影響。鄂北崗地20～40歲居民比40～60歲居民特別是女性健康狀況明顯改善說明，所有居民特別是山區崗地的居民要盡可能多吃外地食品(特別是主食)，特別是平原湖區的食品，可以使各地食品礦物質互補，提高健康水平。

[1]黃升謀.人體營養與保健學[M].武漢：湖北教育出版社,2010.

[2]杜 虎,宋同清, 彭晚霞,等.木論喀斯特自然保護區表層土壤礦物質的空間異質性[J].農業工程學報, 2011,27(6):79～84.

[3]蔡德所,王 魁, 黃景新, 等.喀斯特峰叢洼地原生林區土壤礦質元素空間異質性研究[J].中國水土保持,2010(5):33～36.

[4]常慶瑞,李新平,雷 梅,等.寧南地區土壤礦質元素分布規律研究[J].水土保持通報,1997 (2):7～10.

[5]李莎莎,范夫靜,宋同清,等.西南峽谷型喀斯特區坡地土壤礦物質的空間分布特征[J].生態學報,2014,34(18):5320～5327.

[6]吳詩怡.甘肅河西西部地區土壤礦質成分的分布及其變異[J].中國沙漠,1995, 15(4):404～408.

[7]常遠程,趙國交,沈笑天,等.南陽煙區土壤部分礦質元素的含量與分布[J]. 中國土壤與肥料, 2007 (3):77～78.

[8]王麗麗,楊舉田,張彥東,等.原子吸收光譜法測定植煙土壤中交換性鈣鎂含量[J].安徽農業科學,2016(14):136～137.

[9]喻 華，馮艷紅，楊劍虹.土壤微量元素有效含量的提取測定方法的比較研究[J].西南大學學報,2007,29(9):125～127.

[10]朱 英,王 锝, 熊玉祥.土壤中有效硒的提取和測定方法[J]. 資源與環境工程,2009, 23(6):859～862.

[11]程素敏,王 娟,張巖,等.分光光度法測定土壤中碘的方法改進[J].中國無機分析化學,2015,5(4):41～43.

[12]武少興,龔子同,黃 標.土壤中的碘與人類健康[J].土壤通報, 1998,29(3):139～142.

[13]楊 力,劉光棟,宋國菡,等.山東省土壤交換性鈣含量及分布[J].山東農業科學，1998(4):17～21.

[14]遼寧省質量技術監督局.土壤有效銅、鋅、鐵、錳、硼含量分級DB21T 1437～2006[S].大連：遼寧省質量技術監督局，2006.

[15]楊蘭芳.土壤中的硒[J].湖北民族學院學報,2000,18(1):43～46.

[16]劉 錚.我國土壤鋅含量的分布規律[J].中國農業科學,1994,27(1):30～37.

[17]李小軍，劉 丹，馬穎慧，等.湖南省花垣縣腎結石病流行病學調查[J].中南民族大學學報(自然科學版)，2016(3)：48～50.