貧困農村土壤—植物—兒童人體必需微量元素的研究進展

呂清

摘 要：兒童隱性饑餓問題已成為學術關注熱點，貧困農村兒童隱性饑餓問題迫在眉睫，其主要原因是必需微量元素失衡，兒童早期營養不良的后果具有不可逆性。土壤中微量元素含量、作物種類等因素是影響植物微量元素含量的重要因素，環境中各元素以不同的形態存在，并通過土壤、植物等自然生態因子進入食物鏈。本文綜述貧困農村的食物安全問題、生物多樣性與稀釋效應對食物質量安全的影響、兒童隱性饑餓的危害等方面的研究進展，研究表明，開展土壤-植物-兒童人體系統必需微量元素關聯特征研究很有必要。

關鍵詞：必需微量元素;隱性饑餓;土壤;植物;兒童;貧困農村

20世紀70年代，聯合國糧農組織提出食物安全概念以來，其內涵、外延一直都在不斷變化，關注點從宏觀轉向微觀，從數量轉向質量，從食物可供給性轉向食物可持續性[1]。《中國食物與營養發展綱要（2014—2020年）》指出，目前中國食品安全狀況總體穩定趨好，但食物生產還不能較好地滿足營養需求。中國居民同時面臨著營養不足、隱性饑餓以及營養過剩的三重困境[2]。微量營養素（主要包括維生素和礦物質）缺乏會引起機體不良反應甚至導致疾病，國際社會把改善全球的微量營養素缺乏作為重要的公共衛生政策之一[3]。國家食物安全是家庭和個人食物安全的基礎，家庭食物獲取安全和個人營養安全則是食物安全的終極目標[4]。

1 國內外相關研究現狀與發展動態分析

1.1 貧困農村的食物安全問題

1.1.1 貧困農村環境對食物安全的影響 我國貧困農村居民家庭是食物安全水平較低的弱勢群體之一，貧困農村居民家庭的食物安全是我國未來食物安全的核心問題[5]。重視貧困農戶食物安全是關注弱勢群體基本生存權利的需要，確保貧困農戶食物安全有助于保障國家整體食物安全與社會和諧穩定[6-7]。為解決農戶食物安全問題，王興穩等[8]運用聯立方程組進行相關研究，分析貧困山區道路、季節性飲用水短缺對農戶營養、健康的影響;運用多元回歸方程分析西南貧困山區道路狀況等對農戶食物獲得能力的影響，居住地距集貿市場越遠、道路狀況越差，農民食物的多樣性及膳食綜合評價得分越差[9]。

1.1.2 貧困農村家庭食物安全影響因素 宏觀食物供給能力是確保食物安全的前提，微觀食物獲取能力是食物安全的關鍵[10] 。資源、生產投入、自然災害、消費需求和國際貿易等風險是我國家庭食物安全的5大風險[11]。家庭規模越大，越容易面臨食物不安全風險;健全農村市場體系有助于家庭食物安全的實現;耕地資源是貧困農村實現家庭食物安全的重要保障[12]。農戶收入不確定性對食物安全產生的負面效應一般大于收入水平提高產生的促進效應。家庭食物安全狀況的決定因素主要是人力資本[13]，影響我國貧困地區農民糧食和食品安全保障最主要因素是農民實際收入水平[14]。面對食物不安全現象，低收入家庭應變能力較弱[15]。家庭食物安全主要受家庭成員購買意愿與購買力的影響，家庭成員內在動機是影響可持續食物安全的主要因素[16]。

綜合評價家庭食物的獲取與分配行為是微觀食物安全研究的重要內容[17]，農村因地制宜開展多種經營有利于家庭食物安全[18-19]，婦女賦權程度對農戶食物安全水平存在著顯著的正向影響[20]，提高農村家庭食物安全需要調整、匹配農村食物系統的各種安全驅動因素[21]。聶鳳英等[22]基于陜西等三省1 368戶農戶的調查，發現中國西部貧困地區6個樣本縣食物不安全農戶比例為14.9%。食物營養知識缺乏等是導致農戶食物不安全的主要原因[23]。樣本縣各種生計資本的平均綜合水平偏低，生計資本是影響農戶食物安全狀態的顯著性因素，且對農戶食物安全具有正向作用[24]。樣本農戶遭受的沖擊對其食物安全有顯著負向影響，對貧困程度較高的農戶沖擊影響較大[25]。

1.2 生物多樣性與稀釋效應對食物質量安全的影響

1.2.1 生物多樣性、農業生物多樣性與食物多樣性 生物多樣性是社會可持續發展的基礎，是生態安全和食物安全的重要保障[26]。農業生物多樣性是全球生物多樣性的重要組成部分，是糧食生產系統的基礎，對保障全球糧食安全和農業可持續發展至關重要[27]。糧食安全既有對單產和一定種植規模的數量要求，也有對投入物質安全和土壤健康的質量要求，還有對良好生態環境的要求以及對生產者充分激勵的經濟要求[28]。顧莉萍等[29]將食物多樣性方法與食物最低需求量相結合，通過食物缺乏種類來判斷貧困縣的食物消費和供給多樣性，食物缺乏種類可以在一定程度上顯示貧困縣食物安全狀況。

1.2.2 農作物稀釋效應與食物必需微量元素下降 日常膳食結構中僅突出某種淀粉食品，雖然能提供足夠的熱量，但不能提供保障良好健康所需的適當維生素和礦物質營養[30]。單位體積農作物產品中部分營養素，尤其是微量營養素含量有下降趨勢，對農作物中必需微量營養素產生了稀釋效應，導致單位體積營養素含量的下降[31]。Davis[32]推測蔬菜營養素含量的下降可能與其產量性狀的改進有關。農產品微量營養素含量下降的可能原因：（1）栽培技術使農作物產量增加，但經濟產品中多種礦物質元素的含量與產量并不一定是強正相關關系，導致產量增加“稀釋”了礦物質元素含量;（2）育種技術主要以產量和收獲指數等農藝性狀作為改進目標，導致微量營養素含量在基因水平被“稀釋”[33-34]。

1.3 隱性饑餓的現狀與兒童隱性饑餓的危害

1.3.1 隱性饑餓的現狀 目前全球約有20億人遭受隱性饑餓，我國隱性饑餓的人口數量約3億。隨著經濟社會的不斷發展，我國居民營養水平總體得以改善，顯性饑餓問題已基本解決，但是隱性饑餓仍制約著中國居民的健康[35]。當前兒童蛋白質—熱能營養不良癥已顯著減少，但微量營養素缺乏仍然存在[36]。發達與貧困地區均存在嬰幼兒隱性饑餓問題，常玲等[37]研究表明，較好的家庭經濟狀況對兒童智力發育有正向促進作用。浙江大學醫學院附屬兒童醫院臨床營養門診接診的1 844例兒童（2015年12月—2016年10月），其中19.1% 存在營養不良，隱性饑餓較普遍。隱性饑餓嚴重影響我國的人體素質和經濟發展，會帶來巨大的經濟損失和沉重的社會代價。膳食中微量營養元素含量和生物有效性低是導致人體營養失衡的主要原因[38]。萬建民院士指出，2015年我國糧食總產量已超過6億t，數量方面能夠基本滿足人們需求，但是質量方面的問題卻仍沒有解決，導致長期微量營養素缺乏和失衡[39]。微量營養素缺乏通常難以被發現，其不良影響往往具有潛在性、滯后性[40]。

1.3.2 兒童隱性饑餓的危害 兒童隱性饑餓問題已成學術關注熱點[41]。兒童早期營養不良的長期后果是不可逆的[42]。兒童是認知發展的最佳時期，微量營養素是構成酶和激素的重要物質，參與人體生長、發育、免疫等 [43]。處于生長發育期的兒童，其微量營養素的代謝與骨骼發育密切相關[44]。合理營養是兒童正常生長發育的基礎，當各種原因導致微量營養素攝入不足時，就會出現各種缺乏癥狀，必需微量營養素缺乏，可不同程度地影響人體正常機體功能和組織代謝[45]。微量營養素缺乏較為常見，鋅缺乏會使免疫力降低，影響兒童體格發育及智力發育等，我國兒童缺鋅和維生素A造成的經濟損失約占GDP總量的2.9%[46];鐵缺乏是當今世界上最常見的微量營養素缺乏，缺鐵會使兒童認知能力與學習能力下降[47]，據估計，約有50%的貧血是由缺鐵引起，這個問題在發展中國家尤為突出[48]。兒童早期的鐵缺乏若未得到及時糾正，即便是未發展到貧血階段，也可能已經對兒童的生長及發育造成不同程度甚至是不可逆轉的損害[49-51]。鋅、鐵、鈣元素缺乏，鉛暴露增加，是造成哮喘患兒免疫功能降低、免疫調節紊亂的重要原因[52]。

2 土壤—植物—人體必需微量元素關聯特征研究背景

2.1 中國貧困人群微量營養元素缺乏的問題突出

隱性饑餓是指人體由于營養不平衡或者缺乏維生素及必需的礦物質，從而產生隱蔽性營養需求的饑餓癥狀，其主要原因在于微量營養元素攝入不足，屬亞臨床或生化水平缺乏狀態[53]。中國貧困人群微量營養元素缺乏較為嚴重，《中國居民營養與慢性病狀況報告（2015）》顯示，我國6歲以下農村兒童生長遲緩率與低體重率是城市兒童的2～3倍，而貧困農村兒童生長遲緩率和低體重率又是一般農村兒童的1.5倍，貧困農村學齡前兒童營養缺乏問題突出[54]。遼寧遼陽2 222例1～6歲兒童中，缺鋅占48.6%、缺鐵占29.1%[55];河南商丘2 703名學齡前兒童鐵、鋅缺乏率分別為38.4%、34.7%，鐵與鋅同時缺乏發生率為24.1%[56];湖北監利縣300例4～6歲的兒童，鐵、鋅等攝入量未達標，23.3%的兒童缺乏微量營養素[57];陜西榆林7 396例1～7歲兒童缺鋅49.8%、缺鐵41.9%[58];對江西610例兒童全血微量元素檢測，缺鋅率高達46.7%、缺鐵率為20.3%[59]。

2.2 土壤—植物系統微量元素含量與人體微量元素含量的關系密切

土壤是產地環境的基本要素，良好的產地環境是確保食物安全的基礎[60]。土壤中微量元素含量、作物種類等因素是影響植物微量元素含量的重要因素，環境中各種元素以不同的形態和量存在，并通過土壤、植物等自然生態因子進入食物鏈[61]。土壤中微量元素失衡以及掠奪性地消耗土壤中微量元素，不僅破壞了農作系統的可持續性，降低了耕地支撐高產的能力，而且使農作物病蟲害增多、農產品品質下降[62]。Thomas[63]也認為，食物中微量營養素含量下降可能源于土壤中微量元素的流失及食物鏈中的損耗。江西土壤微量元素含量分析表明，贛州市鐵、鋅含量相對較低;吉安市銅、鋅含量相對較低，并有較大面積的低鉬和缺鉬土壤[64]。不同產地苦木藥材微量元素測定顯示，江西生產的苦木藥材中鐵、鋅兩種微量元素含量低于廣東、廣西的[65]，這也從另一視角說明江西土壤與植物的鐵、鋅含量相對較低。Yang 等[66]認為，可以通過提高土壤—植物系統有益微量元素的生物有效性以及作物中元素含量等方法來間接提高人體微量元素含量。地理位置是影響兒童硒水平的重要因素，主要是飲食習慣不同所致[67]，人體對植物硒的攝入是硒進入人體的主要途徑[68]，人們食用富硒農產品通過食物鏈補硒，安全、方便、經濟[69]。

2.3 貧困農村兒童體內微量元素含量與土壤—植物系統微量元素含量的關聯研究仍較薄弱

土壤中微量元素含量主要與成土母質、氣候、有機質含量和氧化還原狀況等多種因素有關[70-71]。微量元素對植物生長發育起著至關重要的作用，農田灌溉水、土壤中微量元素銅、鋅含量對稻谷中相應元素含量有一定影響[72]。微量元素在維持人體健康中起基礎作用[3]，而且只能通過外界攝入，不能自身合成。人類生存與健康取決于環境中各元素的動態平衡，處在食物鏈高端的人類，雖然不是直接依靠無機食物生存，但其必需微量元素受制于環境中的各要素（土壤、植物等）[73]。然而，目前微量元素遷移、循環研究重視不夠[74]，針對土壤—植物—人體系統必需微量元素含量的關聯特征研究仍較薄弱。

3 土壤—植物—人體必需微量元素關聯特征研究意義

3.1 有助于揭示土壤—植物系統微量元素與兒童體內微量元素之間的關系

食物安全事關國家安全戰略，應更加注重食物綜合保障能力及營養安全方面的研究。隱性饑餓已成為全球普遍關注的公共健康問題，尤其是對于發展中國家的婦女與學齡前兒童[75]，隱性饑餓等營養不良問題能使數代人陷入貧窮和營養不良的惡性循環[76]，中國在減少貧困人口上取得了舉世矚目的成就，但還有大量農村貧困人口仍然面臨著食物不安全和微量元素缺乏問題[77]。貧困農村兒童隱性饑餓問題迫在眉睫，必需微量元素失衡是主要原因，必需微量營養元素是人類賴以生存的重要物質，而處在生長發育階段的兒童對微量元素缺乏更敏感。土壤中的礦物質直接或間接地控制著植物、動物和人的新陳代謝，人體中的微量元素與地殼元素豐度呈正相關，這是土壤—植物—動物—人類生物鏈傳遞的結果[62]。開展該項目研究有助于揭示土壤—植物系統微量元素與兒童體內微量元素之間的關系。

3.2 可為基于土壤—植物系統優化人體微量元素提供科學依據

徐小磊等[78]通過研究成土母巖及土壤元素遷移特征，并對后期人類農業活動造成的土壤環境質量影響進行評價，為農業生產和農作物生長提供借鑒。土壤質量和土壤肥力對糧食作物的營養含量和農業系統的營養產出有直接影響[63]，微量元素可能是今后提高作物產量和品質的關鍵因子，農業系統越多樣化，食物系統就越會富含更多的微量元素。人體、食物中的微量元素源于土壤礦物質，植物、動物、人類都需要礦物質微量元素，并必須滿足適當的數量和比例，如果超出或低于其適量范圍或失衡，則可能產生負效應[61]。該項目研究可為基于土壤—植物系統優化人體微量元素提供科學依據。

4 土壤—植物—人體必需微量元素關聯特征研究初步設想

我國食物安全總體較好，但存在發達地區與貧困地區、成人與兒童、數量與質量等不平衡的食物安全問題，貧困農村兒童隱性饑餓問題尤為迫切，其中必需微量元素的平衡更為重要，現已有較多學者從事這方面的研究，取得了較好的研究成果。但是，醫學、營養學者注重于必需微量元素的攝入與平衡，地理學者注重于必需微量元素的空間格局，農學學者注重于必需微量元素的生物強化等，由于各學科研究視角與側重點的差異，因此，亟待加強土壤—植物—人體系統必需微量元素含量關聯特征的系統研究。

今后研究將以兒童為中心，以植物土壤、植物為環境，將植物土壤、植物與兒童視為研究整體，如測定江西省貧困農村稻田土壤、稻米與4～6歲兒童全血樣本所含鐵、鋅、銅、鈷、鉬、硒、碘、鉻等8種必需微量元素，結合微量元素失衡兒童病例與體檢報告分析及微量元素遷移累積系數測算，系統研究必需微量元素在稻田土壤—稻米—兒童食物鏈的遷移轉化規律等關聯特征;在貧困農村兒童食物多樣性、多因素質量比模型必需微量元素滿足度綜合評價的基礎上，厘清貧困農村兒童食物多樣性與必需微量元素滿足度之間的關系，并測算各種微量元素對兒童必需微量元素滿足度的貢獻率;旨在為基于土壤—植物系統優化人體微量元素提供科學依據，為貧困農村兒童必需微量元素失衡提出改善建議。

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