導(dǎo) 讀
人類的食物95%直接或間接地來自土壤，食物中的營(yíng)養(yǎng)和污染物直接影響著人體的健康，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)和污染物的相互作用貫穿在土壤化學(xué)、糧食安全和人體健康的全鏈條中。正因如此，在規(guī)避飲食風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，要提倡多樣化飲食；在土壤污染修復(fù)時(shí)，要因時(shí)因地開展。而要真正保障人體健康，健康的土壤才是根本。
文/陳能場(chǎng) 林大松 鄭煜基 張甘霖
來源：科學(xué)雜志1915（2019年12月4日）
如果你走在大街上，問一個(gè)小學(xué)生“你知道大米從哪里來的嗎?”十之八九，他會(huì)告訴你大米來自超市。而如果你告訴一個(gè)缺個(gè)智齒的中年男子，他的缺牙可能與土壤有很大的關(guān)系，他準(zhǔn)給你一個(gè)驚愕的表情。
在城市化高速發(fā)展的今天，生活在都市里的人，很少接觸到泥土，難以看到長(zhǎng)在土壤里的作物，更難以想象土壤與健康有什么關(guān)系。
牙齒與土壤
阿爾布雷克特（WM. A. Albrecht）是美國(guó)密蘇里大學(xué)的一名土壤學(xué)家。在第二次世界大戰(zhàn)期間，他發(fā)現(xiàn)來自不同地方有齲齒的士兵有很多差別，為此他收集了1941—1942年征兵入伍的美國(guó)士兵的牙齒健康資料，將69684個(gè)士兵的牙齒狀況與他們所出生的州聯(lián)系起來，驚訝地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律：來自美國(guó)中部的士兵牙齒最好，其次是西部，而東部士兵的齲齒發(fā)生率最高。
憑借專業(yè)的敏感度，阿爾布雷克特將這個(gè)結(jié)果與美國(guó)的土壤發(fā)育狀況聯(lián)系起來。他發(fā)現(xiàn)美國(guó)西部的土壤干燥，發(fā)育慢，土壤中的鈣難以釋放出來被植物吸收利用，對(duì)“生在當(dāng)?shù)兀L(zhǎng)在當(dāng)?shù)亍钡哪贻p人來說，從食物中攝取的鈣因而受到影響；而東部雨水充沛，土壤發(fā)育快，酸化程度高，土壤中的鈣被高度淋失，使得食物中的鈣含量更少，造成士兵更高的齲齒發(fā)生率。進(jìn)一步仔細(xì)研究東部，還發(fā)現(xiàn)降水量更大、土壤酸化程度更高的東北部的士兵牙齒最為糟糕，而南部由于土壤經(jīng)常使用石灰，情況好得多。中部士兵的牙齒情況最好，但不同州之間也存在差別，比如堪薩斯州和密蘇里州雖然臨近，但密蘇里州的情況沒有堪薩斯州好，原來堪薩斯州多為石灰性土壤，而密蘇里州缺鈣土壤多。
阿爾布雷克特的研究結(jié)果產(chǎn)生了一篇很有意義卻經(jīng)常被忽視的論文《我們的牙齒和土壤》（Our Teeth and Our Soils） [1]。文中指出：“對(duì)于有見識(shí)的牙醫(yī)來說，牙齒和整個(gè)口腔都反映了病人的營(yíng)養(yǎng)狀況，他不僅要能指出病人的食物質(zhì)量，而且還要能進(jìn)一步指出病人所在地區(qū)的土壤肥力的問題。”
研究牙齒與土壤的關(guān)系并非阿爾布雷克特的首創(chuàng)。早在1920年代，美國(guó)中西部牙醫(yī)普賴斯（W. A. V. Price）帶著“我們的孩子牙齒為何不健康？以往的人沒有牙醫(yī)又如何生存？”等疑問，歷時(shí)9年，行程10萬(wàn)多英里，從蘇格蘭鮮為人知的孤島社區(qū)到美國(guó)北部的因紐特人，從非洲到新西蘭等地的原始部落，專門考察這些未進(jìn)入現(xiàn)代文明的人群的牙齒和食物的關(guān)系，他也因此被稱為“營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的達(dá)爾文”（'The Charles Darwin of Nutrition'）。在其著作《營(yíng)養(yǎng)與物理性退化——原始飲食和現(xiàn)代飲食的比較及其效應(yīng)》（Nutrition and Physical Degeneration——A Comparison of Primitive and Modern Diets and Their Effects）中，普賴斯發(fā)現(xiàn)，雖然他所考察的社區(qū)的現(xiàn)代化程度差異極大，但那些吃傳統(tǒng)的、自然的、高營(yíng)養(yǎng)飲食的人有很好的牙齒和骨骼結(jié)構(gòu)，他們中的很多人雖從未使用過牙刷，但他們的牙齒白而堅(jiān)硬，牙弓高；繼而發(fā)現(xiàn)，土著人齲齒發(fā)生率不到1%。普賴斯認(rèn)為原始部落遵從傳統(tǒng)，使耕作數(shù)百年的土壤保持了肥力和結(jié)構(gòu)完整性，他們的農(nóng)業(yè)實(shí)踐是可持續(xù)的。
1939年3月22日，由英國(guó)31位醫(yī)生簽名、600多位醫(yī)生聯(lián)合發(fā)表的《醫(yī)療約書》（Medical Testament）中強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)代疾病起源于飲食與生活方式的不健康，健康的土壤生長(zhǎng)健康的作物，生產(chǎn)健康的牲畜，最終的產(chǎn)品是健康的人群。該約書的起草人皮克頓（L. J. Picton）醫(yī)生本人著有《土壤與營(yíng)養(yǎng)：關(guān)于飼養(yǎng)的思考》（Nutrition and the Soil: Thoughts on Feeding）一書。在書中，他深信人類的代謝性疾病，如糖尿病是在肥沃的土壤上投放或傾倒化學(xué)物的結(jié)果。
現(xiàn)代社會(huì)交通發(fā)達(dá)，物流、人流日行千里，已經(jīng)很難說是“一方水土養(yǎng)一方人”，因此，很難確證土壤與人體健康存在直接的因果關(guān)系，但在交通不便、物流和人流不發(fā)達(dá)的過去，土壤與健康的直接關(guān)系則表現(xiàn)得相當(dāng)突出。因此在19世紀(jì)到20世紀(jì)中上葉，除了上述提到的普賴斯醫(yī)生和皮克頓醫(yī)生，還有其他不少著名醫(yī)生在尋找患病根源時(shí)最后都不約而同地追溯到土壤上，可謂醫(yī)生的土壤情結(jié)，可惜這段歷史被土壤學(xué)研究忽視了。
硒與克山病
鈣是人體的宏量元素，成年人體中含有1200克左右的鈣，約99%存在于骨骼和牙齒中，成年人每日應(yīng)攝取大約1000毫克的鈣才能補(bǔ)足因身體代謝而造成的流失。
如果說鈣因?yàn)槭呛炅吭?，其在身體里的豐缺容易被發(fā)現(xiàn)，也容易和土壤的鈣營(yíng)養(yǎng)狀況聯(lián)系起來，那么硒的故事則讓我們領(lǐng)會(huì)到土壤與人體健康直接的微妙關(guān)系。
硒在1957年之前被認(rèn)為是有毒的元素，馬可·波羅游歷到中國(guó)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)伛R的跛腳等被認(rèn)為是硒中毒的最早記錄，雖然最新中國(guó)科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)并非是硒的毒害而是馬吃了狼毒草等植物所致[2]。1957年，美籍德國(guó)生物化學(xué)家施瓦茨（K. Schwarz）和福爾茨（M. Foltz）證明硒對(duì)維生素E缺乏癥大鼠的肝臟壞死具有保護(hù)作用，硒因此被確定為人體必需的微量元素 [3]。
1930年代，在黑龍江省克山縣，很多十六七歲的少年突然患心肌病猝死，由于該病發(fā)生在克山縣，因此被命名為克山病?；颊咧饕憩F(xiàn)為急性和慢性心功能不全，心臟擴(kuò)大，心律失常，以及腦、肺和腎等臟器的栓塞。后來研究發(fā)現(xiàn)，引發(fā)該病的主要原因是由于食物中缺硒。到1980年，急性克山病已基本消失。
硒是人體的必需元素，人體每日攝取的硒低限為40微克，不能低于20微克，否則容易出現(xiàn)克山病、大骨節(jié)病等。但當(dāng)時(shí)的克山病患者每日攝取的硒只有8~15微克。應(yīng)該注意的是，人體的硒適量范圍很窄，每日攝取的硒最高不超過400微克，過高的硒攝取會(huì)引起中毒，如湖北恩施，這個(gè)全世界最富硒的地方，1960年代曾發(fā)生當(dāng)?shù)厝酥讣缀皖^發(fā)脫落甚至硒中毒死亡的問題，硒中毒者硒日攝取量高達(dá)3000微克以上。同時(shí)有研究指出，每日硒的攝取量為200微克左右具有抗癌效應(yīng)。
無(wú)獨(dú)有偶，芬蘭是世界上低硒土壤區(qū)，所在區(qū)域的基巖（主要為前寒武紀(jì)火成巖和變質(zhì)巖）和土壤中的硒含量都很低，且因土壤呈酸性，硒以亞硒酸形態(tài)存在，容易被土壤吸附，因此作物中的硒含量極低，通常只有0.01 毫克/千克，造成當(dāng)?shù)鼐用窈蜕蟮奈鴶z入不足。1980年代以前，芬蘭人每日硒攝取量為25~60 微克，是世界上硒攝取量最低的國(guó)家之一。幼畜和在快速成長(zhǎng)期的牲畜經(jīng)常發(fā)生硒缺乏病，即白肌病。白肌病是一種以骨骼肌、心肌纖維以及肝組織發(fā)生變性、壞死為主要特征的疾病，因病變部位肌肉色淡，甚至蒼白而得名。
1980年代，芬蘭衛(wèi)生局開始擔(dān)心普通人群因硒攝入量不足，有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題，農(nóng)林部一個(gè)專家小組認(rèn)為需要對(duì)飲食進(jìn)行較大的干預(yù)，故在1983年提出'土壤施硒'的建議，為此芬蘭通過了一項(xiàng)法律，即要求將硒酸鈉添加到芬蘭國(guó)內(nèi)使用的所有農(nóng)用化肥中，旨在通過增加土壤中有效硒的水平，提高農(nóng)作物和動(dòng)物飼料的硒含量，從而增加食物中硒的含量，最終改善芬蘭人的缺硒狀況。在施硒行動(dòng)開始后，于1985年開始全國(guó)性的監(jiān)測(cè)計(jì)劃，每年由4個(gè)政府研究機(jī)構(gòu)對(duì)谷物、食品、飼料、肥料、土壤和人體組織進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)。每年進(jìn)行4次食物采樣，并對(duì)同一組的成年人進(jìn)行人體血液監(jiān)測(cè)，同時(shí)也對(duì)施硒的環(huán)境影響進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)果表明施硒效果很顯著。在第一個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)，動(dòng)物飼料、各種食品中硒的含量均有提高，牛奶中硒含量從肥料施用前的0.02微克/千克（干重）上升至0.19微克/千克（干重），豬肉中硒含量從0.02微克/千克（干重）上升至0.70 微克/千克（干重），蔬菜和谷物的硒含量也增加，特別是西蘭花，硒含量從0.01微克/千克（干重）猛增到1.70微克/千克（干重） [4]。膳食攝取的硒也因此顯著增加，與施硒前相比，施硒后第一年成年人攝入硒增加，達(dá)到每日100微克左右，是施硒前的1.5~4倍。由于效果過于顯著，人們擔(dān)心硒攝入量過高會(huì)給動(dòng)物和人體健康帶來不利影響，因此從1990年開始，芬蘭決定減少土壤補(bǔ)硒量。到1993年，成人攝入量回落到85微克/日左右，城市和鄉(xiāng)村人口的血清硒平均值為100微克/升。到1997年，芬蘭人血硒水平持續(xù)在歐洲排名第一且可以與北美人相提并論。
由于注重土壤硒的補(bǔ)充，芬蘭沒有顯示出同一時(shí)期英國(guó)和其他一些歐洲國(guó)家硒攝入量下降的跡象。到2012年，春季谷物中硒含量平均為施硒前的15倍，牛肉、豬肉和牛奶中硒含量分別平均增加6倍、2倍和3倍。一個(gè)值得關(guān)注的現(xiàn)象是，有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的植物性有機(jī)食品中硒含量與補(bǔ)硒前的產(chǎn)品相當(dāng)，而有機(jī)喂養(yǎng)的奶牛產(chǎn)出的牛奶中的硒比普通牛奶中的要低50％。這也證明了沒有施用補(bǔ)硒肥料的土壤和其植物—?jiǎng)游镦溡廊惶幱诘臀健?0多年間，芬蘭對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的土壤持續(xù)施硒對(duì)人體健康的有益影響尚無(wú)定論，因?yàn)殡y以將單一因子（如增加微量元素?cái)z入量）的效果從其他可以影響如癌癥和心臟疾病的病因因子中分離出來。迄今，芬蘭仍然是通過立法在全國(guó)范圍采取土壤增硒行動(dòng)的唯一國(guó)家。
鎘與“痛痛病”
一般土壤中含有96種天然元素，研究表明，人體需要從外界攝取24種微量元素 [5]，這些元素大多需要從土壤中攝取，而植物從土壤中只需要攝取14種微量元素。從這個(gè)角度來說，比起植物，人類的健康更依賴于土壤。
土壤的狀況和養(yǎng)分的供給直接影響著我們的健康，但如果土壤中人體不需要的元素含量過高，則對(duì)人體同樣有害，甚至?xí)硖貏e嚴(yán)重的危害，尤其在土壤遭受污染的情況下。一個(gè)典型案例是發(fā)生在日本富山縣神通川的“痛痛病”。
日本在明治維新后，大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，礦業(yè)因此發(fā)達(dá)。地處神通川上游的神岡鉛鋅礦因此在19世紀(jì)末被大力開采。
到了1911年，一些老年家庭婦女發(fā)現(xiàn)骨頭特別疼痛，難以站立，身體變矮，一不小心摔跤便造成骨折，到后期連咳嗽都會(huì)造成肋骨斷裂，痛不欲生。當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)不發(fā)達(dá)，人們把這種怪病歸咎于因家族的不潔而受到了“詛咒”。
到了第一次世界大戰(zhàn)期間，鉛、鋅等金屬需求量加大，礦業(yè)更加發(fā)達(dá)，神通川的中老年婦女受到“詛咒”的現(xiàn)象越來越多；二戰(zhàn)時(shí)期情況加劇，受害家庭的經(jīng)濟(jì)和子女婚嫁都受到很大的影響。最為嚴(yán)重的1960年代，神通川流域一個(gè)鎮(zhèn)有20%的老年婦女得了此病，但依然未能把它與污染聯(lián)系起來，更沒有把它與后來才知道病因的“鎘”聯(lián)系起來，因?yàn)殒k在1917年才被發(fā)現(xiàn)，到60年代還沒有精密的檢測(cè)方法。
當(dāng)?shù)蒯t(yī)生把這種“痛不欲生”的病稱為“痛痛病”，后經(jīng)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，造成此病的“罪魁禍?zhǔn)住笔擎k。鎘是一種分散元素，伴生在鉛鋅礦等礦石中，由于含量很低，沒有被回收，而且容易被酸化激活。礦石開采時(shí)，尾礦中的硫被氧化后鎘容易成離子狀態(tài)流入水中，進(jìn)而流入稻田。另外，鎘沸點(diǎn)為767℃，礦石冶煉時(shí)溫度在1000℃以上，鎘隨著尾氣進(jìn)入大氣，最后沉降進(jìn)入稻田和其他環(huán)境中。對(duì)植物來說，鎘并非是必需元素，因此遭受污染的稻田中的鎘便隨著水稻的生長(zhǎng)進(jìn)入稻米。在長(zhǎng)期攝食鎘超標(biāo)的稻米后，終于釀成了“痛痛病”的惡果。
研究表明，“痛痛病”患者體內(nèi)積累的鎘不過是2~3克，但由于鎘有其靶器官——腎臟和肝臟，進(jìn)入血液后，體內(nèi)的鎘1/3積累在腎臟（特別是腎皮質(zhì)）中，1/4在肝臟中。通常，當(dāng)腎皮質(zhì)的鎘含量達(dá)到200毫克/千克（濕重）時(shí)，近端腎小管功能受損，小分子蛋白、鈣離子、磷酸根離子等不能被腎臟過濾回收。特別是鎘離子的半徑和鈣離子的半徑幾乎相同，且都是 2價(jià)離子，因此當(dāng)鈣不足時(shí)，鎘便替代鈣進(jìn)入骨頭中，造成骨頭不能鈣化、骨質(zhì)疏松和軟骨病，于是造成咳嗽骨折、身體變矮。
當(dāng)時(shí)“痛痛病”患者每日鎘攝取量高達(dá)600微克，對(duì)于日本及其他東亞國(guó)家以稻米為主食的人來說，半數(shù)以上的鎘來自大米，于是在1989年世界衛(wèi)生組織將大米的鎘限量定為0.2毫克/千克，2006年改為0.4毫克/千克 [6]，目前我國(guó)的大米鎘標(biāo)準(zhǔn)依然為0.2毫克/千克，而日本和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)為0.4毫克/千克，我國(guó)香港地區(qū)則采取更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，和歐盟一樣為0.1毫克/千克。人體每日攝取的鎘不能超過1微克/千克體重，也就是每星期7微克/千克體重，由于鎘在人體中的半衰期長(zhǎng)，且毒性大，后改為人體每月不超過25微克/千克體重。
日本神通川的當(dāng)?shù)鼐用褚蚴秤面k污染稻米而發(fā)生“痛痛病”事件，而在新西蘭西南部的一個(gè)小島上，當(dāng)?shù)厝酥饕陨柡团Ｄ虨槭?，生蠔因是濾食性生物，極易通過攝食從環(huán)境中攝取大量的鎘，當(dāng)?shù)厣柕暮k量高達(dá)5.0毫克/千克，這比日本發(fā)生“痛痛病”區(qū)域的稻米平均含鎘量0.99毫克/千克高出4倍，兩個(gè)地方的居民每日攝取的鎘相當(dāng)，都高達(dá)600微克/千克左右，奇怪的是新西蘭小島上的居民從18—75歲經(jīng)體檢都很健康 [7]，為何會(huì)產(chǎn)生如此迥異的結(jié)果？
同樣的污染，不同的結(jié)果
美國(guó)鎘研究專家錢尼（R. L. Chaney）曾經(jīng)指出，歐美工業(yè)革命發(fā)生時(shí)間早，鎘污染嚴(yán)重的地塊要比日本多得多，比如英國(guó)的西普漢姆（Shipham） [8]、德國(guó)的施托爾貝格（Stolberg） [9]。以英國(guó)的西普漢姆為例，當(dāng)?shù)鼐用駥U棄的礦區(qū)經(jīng)平整后用來種植蔬菜，該地塊土壤鎘含量高達(dá)998毫克/千克。此事被英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)后，一度給社會(huì)帶來恐慌，他們呼吁政府要求當(dāng)?shù)鼐用袷枭?，但?dāng)?shù)鼐用裎倚形宜?，進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該污染地塊并沒有給當(dāng)?shù)鼐用駧斫】碉L(fēng)險(xiǎn)。為解開其中之謎，錢尼做了小白鼠喂鎘實(shí)驗(yàn)，兩組小白鼠分別喂以鎘量相同的向日葵和大米，6周后用同位素鎘進(jìn)行喂養(yǎng)標(biāo)記，檢測(cè)小白鼠體內(nèi)的同位素鎘含量，發(fā)現(xiàn)喂食大米的小白鼠體內(nèi)鎘含量是喂食向日葵的16倍。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，兩組老鼠喂以同樣的大米但輔以不同量的鈣、鋅和鐵，6周后同樣用同位素鎘進(jìn)行喂養(yǎng)標(biāo)記，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高鈣鋅鐵組的小白鼠體內(nèi)肝腎中的同位素鎘遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低鈣鋅鐵組，證明充足的營(yíng)養(yǎng)有助于抑制鎘在體內(nèi)的吸收 [10]，特別是鐵，因鎘進(jìn)入體內(nèi)血液中與鐵處于同一通道，因此體內(nèi)足量的鐵能大大阻礙鎘被吸收進(jìn)入體內(nèi)。
錢尼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果解開了新西蘭小島居民雖食用鎘污染食品卻沒有健康風(fēng)險(xiǎn)的奧秘，生蠔雖然含鎘量高，但同樣富含鐵、鋅等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)?shù)厝诉€喝大量牛奶，鈣得到足量的補(bǔ)充，這些營(yíng)養(yǎng)元素有效地阻礙了攝入的鎘在體內(nèi)的吸收。錢尼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以解釋很多與鎘相關(guān)的現(xiàn)象，如日本的“痛痛病”患者幾乎都發(fā)生在生育過2~3胎、家庭貧困的老年婦女身上；通常男性因飯量大和吸煙要比女性多攝入鎘，但成年女性體內(nèi)的鎘卻比男性高近一倍。這都是因?yàn)榕砸蛏?、生育等因素造成體內(nèi)的鐵、鋅、鈣含量通常比男性要低的緣故。
格陵蘭島上的環(huán)斑海豹體內(nèi)汞、鎘嚴(yán)重超標(biāo)，卻不影響健康，原因是海豹體內(nèi)硒含量高，汞與硒在體內(nèi)形成了汞—硒復(fù)合體，鎘與體內(nèi)的金屬硫蛋白結(jié)合，除去了毒性 [11]。貴州萬(wàn)山地區(qū)的汞礦全球聞名，當(dāng)?shù)厮疽泊嬖诠瑯?biāo)的現(xiàn)象，但也沒有給當(dāng)?shù)鼐用駧斫】碉L(fēng)險(xiǎn)，這也得益于土壤中含有大量的硒。
也就是說，充足的營(yíng)養(yǎng)不僅有益于人體的健康，也有助于為人體構(gòu)建一條抗污染物質(zhì)進(jìn)入身體內(nèi)部的防線。
事實(shí)上，人體從外界攝取的物質(zhì)高達(dá)51種[5]，這些物質(zhì)根據(jù)功能可分為6組，分別是：空氣、水和能源（即碳水化合物），蛋白質(zhì)（氨基酸），脂肪（脂肪酸），宏量元素，微量元素和維生素。這些物質(zhì)在人體內(nèi)發(fā)揮各自的功能，但大多相互影響，它們對(duì)人體健康的影響并非孤立地起作用，而是很多因素相互作用，如維生素需要微量元素而起作用，因此營(yíng)養(yǎng)元素或者污染元素影響健康靠的是一個(gè)元素譜系而非單個(gè)元素獨(dú)立“戰(zhàn)斗”。
研究表明，在長(zhǎng)壽村中，當(dāng)?shù)赝寥劳ǔ２坏缓?，也富含鋅，而在污染帶來問題的村莊，影響健康的是鎘，但并非僅僅是土壤鎘嚴(yán)重超標(biāo)，而是土壤同時(shí)被強(qiáng)烈酸化，從而極大提高了土壤中鎘的有效性，使其容易進(jìn)入食物鏈。如江蘇如皋長(zhǎng)壽鄉(xiāng)，土壤中碘、鋅和硒的平均含量明顯高于其他地區(qū)，而對(duì)人體有害的砷、汞、鎘和鉛等重金屬含量處于較低水平，表明良好的生態(tài)地球化學(xué)環(huán)境是這一地區(qū)長(zhǎng)壽的原因[12]。因此，長(zhǎng)壽人口的空間集聚現(xiàn)象不能僅由一種元素含量的高低決定，而必須考慮多種元素之間的交互疊加效應(yīng) [13]。
飲食多樣化，平衡風(fēng)險(xiǎn)收益
營(yíng)養(yǎng)學(xué)家早就認(rèn)識(shí)到營(yíng)養(yǎng)不良是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，涉及不同的營(yíng)養(yǎng)素缺乏。顯然，目前全球營(yíng)養(yǎng)缺口不能通過增加一種或兩種營(yíng)養(yǎng)素的供應(yīng)來糾正。微量元素在人體健康中的作用及其生理功能的協(xié)同作用正日益得到承認(rèn)，營(yíng)養(yǎng)缺乏很少單獨(dú)出現(xiàn)的觀點(diǎn)也得到了廣泛認(rèn)可 [14]。
圖中（a）中黑色線表示滿足所有營(yíng)養(yǎng)需求的理想飲食的營(yíng)養(yǎng)成分，藍(lán)色線顯示滿足碳水化合物需求但缺乏蛋白質(zhì)和微量元素及維生素的飲食中營(yíng)養(yǎng)成分的示例。在以稻米為主食的食物結(jié)構(gòu)中，往往是圖中藍(lán)色線的情況，也就是說吃飽了，碳水化合物足夠了，但其他成分如蛋白質(zhì)、脂肪、宏量元素、微量元素、維生素依然不夠，這種現(xiàn)象通常被稱為隱性饑餓。據(jù)世界衛(wèi)生組織估算，全球處于隱性饑餓的人口多達(dá)30億，其中以缺鐵、鋅、硒、維生素A為甚。
圖中（b）是3種食物的營(yíng)養(yǎng)成分含量以每日需求量的百分比顯示，藍(lán)色線代表一杯白玉米（166克），黑色實(shí)線代表一杯黑豆（194克），黑色虛線表示一杯南瓜（116克）。一餐中即使吃了這3種食物共476克，也只有維生素A和膳食纖維足量，其他物質(zhì)如鐵、鈣、脂肪、蛋白質(zhì)等依然不足，所以營(yíng)養(yǎng)多樣性對(duì)人體健康非常重要，也因此要求飲食多樣化。許多發(fā)展中國(guó)家的人嚴(yán)重缺乏的營(yíng)養(yǎng)素包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、鐵、維生素A、維生素C、葉酸和鋅。有研究指出，為了獲得足夠量的營(yíng)養(yǎng)素，一個(gè)家庭至少食用上述表中所示的不同營(yíng)養(yǎng)功能組中的5個(gè)品種做成的飲食。
很多有害的重金屬在土壤中本就天然存在，因此哪怕是“凈土”生產(chǎn)的大米也會(huì)含有微量重金屬。在現(xiàn)代社會(huì)中，已經(jīng)很難找到“凈土”“凈水”和“純凈的空氣”，因此人類的食物中難以避免會(huì)有污染物質(zhì)。在這種情況下，需要權(quán)衡食物的營(yíng)養(yǎng)收益和污染風(fēng)險(xiǎn)。
以食用大米為例，不含或只含天然存在的微量鎘的大米，多吃無(wú)妨；對(duì)于有鎘污染的大米，就需要權(quán)衡其安全性。由于鎘主要與蛋白質(zhì)結(jié)合，在大米中相對(duì)于其他元素分布較均勻，有研究表明，從糙米加工成精米到最后做成白飯，鎘的損失率只有10%，而鐵、鈣、維生素B1等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要在表皮中，加之加工過的精米在淘米時(shí)會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)一步損失，因此到米飯階段，含鎘大米做成的米飯健康風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。
對(duì)于含砷大米，糙米加工成精米時(shí)可以去除一部分砷，用熱水淘米也可以去除一部分砷，如果先用大量的水（如米水比1：6）煮沸,再撈起蒸著吃，則大部分的砷留在米湯中，吃米飯就安全得多。
對(duì)于含汞大米，有研究表明，無(wú)機(jī)汞主要在大米表皮，但劇毒的甲基汞則富集在米心部位，因此加工大米時(shí)，越是精米，甲基汞的相對(duì)含量會(huì)越高。
因此，在挑選大米時(shí)，盡可能選取產(chǎn)地安全的大米，同時(shí)經(jīng)常更換大米的種類，其中秈米（長(zhǎng)形大米）的重金屬含量通常高于粳米（圓形大米）。另外，注重膳食中的營(yíng)養(yǎng)，這樣即使吃到被污染的大米，帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)小得多。
健康人體，始于健康土壤
雖然受污染的土地可能生產(chǎn)出安全的糧食，沒有受污染的土地如果土壤退化，也可能生產(chǎn)出不安全的糧食。但不管怎樣，只有健康的土壤才能生產(chǎn)出健康的糧食，從而保證人體的健康。
健康土壤的意義在于它的高產(chǎn)性。雖然近年來不少國(guó)家的人口增長(zhǎng)在減緩，但到2050年，地球上的人口估計(jì)將達(dá)到90億，那時(shí)需要比在現(xiàn)有的耕地?cái)?shù)量上多生產(chǎn)出70%左右的糧食才能供養(yǎng)人類。要提高產(chǎn)量，沒有健康的土壤，幾乎是不可能的。
健康土壤的意義也在于它對(duì)氣候變化的抵抗力。大量試驗(yàn)表明，在極端氣候下如干旱、水澇，健康土壤上生長(zhǎng)的作物受到的損害相對(duì)較小，能維持相對(duì)較高的產(chǎn)量。
健康土壤的意義更在于可以生產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)豐富的農(nóng)產(chǎn)品。健康的土壤具有很強(qiáng)的生命力，擁有豐富且完整的食物網(wǎng)，植物根系殘留特別是根系的分泌物供養(yǎng)著大量的細(xì)菌、真菌，并隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的升高，還出現(xiàn)原生動(dòng)物、線蟲、節(jié)肢動(dòng)物、蚯蚓，直到蛇、鳥、老鼠等脊椎動(dòng)物。這個(gè)完整的食物網(wǎng)不僅轉(zhuǎn)化著各種養(yǎng)分，使之為植物所利用，且相互依存相互制約，表現(xiàn)出很強(qiáng)的土壤抑病性。
以鐵為例，雖然土壤中含有大量的鐵，但由于其有效性低，難以為植物所吸收，一些植物如豆科植物根系進(jìn)化出了通過分泌各種有機(jī)酸以螯合作用來增加對(duì)鐵的吸收的機(jī)制。此外，根際環(huán)境內(nèi)的微生物對(duì)鐵的吸收也起著重要的作用。假單胞菌是產(chǎn)生鐵載體的細(xì)菌，鐵載體是低分子量螯合劑，具有高親和力和鐵特異性。鐵載體由細(xì)菌在鐵的有限條件下釋放，為植物病原體創(chuàng)造了鐵饑餓條件，但在根際中也對(duì)鐵產(chǎn)生了至關(guān)重要的競(jìng)爭(zhēng)。這種競(jìng)爭(zhēng)最終決定了生活在植物根部周圍的生物的種群結(jié)構(gòu)，某些微生物鐵載體可以被植物系統(tǒng)利用，從而導(dǎo)致植物中鐵含量的增加 [15-16]。
據(jù)估計(jì)[17]，在世界上重要的農(nóng)業(yè)土壤中，對(duì)作物生長(zhǎng)而言，49%缺鋅，31%缺硼，15%缺鋅，14%缺銅，10%缺錳，3%缺鐵，人為施用來改善費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效果有限，但如果通過構(gòu)建健康的土壤利用微生物來幫忙轉(zhuǎn)化為植物可利用的形態(tài)，則效果顯著，從而很大程度上可以改善人類的健康。
桑切斯（P. Sanchez）和斯瓦米納坦（M. Swaminathan）[18]在談到解決非洲饑餓問題的綜合辦法時(shí)，強(qiáng)調(diào)了“將不健康的人與不健康的土壤聯(lián)系起來”。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，僅靠作物多樣性不足以滿足人類的營(yíng)養(yǎng)需求，作物所生長(zhǎng)的土壤的健康在確保人類健康方面可以發(fā)揮重要作用。
目前，土壤的健康對(duì)人類健康及其生態(tài)系統(tǒng)健康的重要性已逐漸引起各方的關(guān)注，相應(yīng)的土壤污染問題在我國(guó)得到了高度重視，以治鎘和控鎘為首要任務(wù)的各種修復(fù)項(xiàng)目和技術(shù)被大量地應(yīng)用到各個(gè)項(xiàng)目中。固然，如同日本發(fā)生過的“痛痛病”一樣，土壤中過高的重金屬會(huì)帶來直接的健康影響，其治理(從土壤中除去或降低其在土壤中的有效性）完全有必要，但從元素相互關(guān)系角度，從植物和人體的營(yíng)養(yǎng)健康角度來看，更需要從多元素的角度對(duì)被污染的土壤進(jìn)行調(diào)控。
以鈣—鎘為例，鈣與鎘都是 2價(jià)元素，且離子半徑幾乎相同，因此在礦物學(xué)中存在鈣被鎘取代，導(dǎo)致一些含鈣的礦物也含有微量的鎘，土壤黏粒對(duì)鈣和鎘的吸附能力也相近，因此在利用石灰施用降低土壤鎘有效性時(shí)，過量的施用導(dǎo)致土壤中的鈣離子濃度很高，反而容易將吸附在土壤黏粒上的鎘離子置換到土壤溶液中，起不到降低土壤鎘濃度和降低植物中鎘含量的效果。
硫與鎘的相互作用也有礦物學(xué)、土壤學(xué)和人體多個(gè)層面，鎘是親硫元素，所以很多含硫的礦物也多含有微量的鎘；在水田等還原狀態(tài)的土壤中，鎘與被還原形成的-2價(jià)硫離子形成不能被水稻根系吸收的硫化鎘，但排干后數(shù)天，硫化鎘被氧化形成硫酸鎘，變成了水稻根系容易吸收的元素，容易造成稻米的鎘超標(biāo)。
因此，土壤修復(fù)特別是以控制土壤中鎘有效性的土壤調(diào)理方式的修復(fù)一定要根據(jù)土壤中的污染程度、土壤中各種與鎘相互作用的離子的含量等來開展，從土壤化學(xué)和環(huán)境土壤學(xué)的原理出發(fā)，因時(shí)因地構(gòu)建最合適的土壤修復(fù)方案。
結(jié) 語(yǔ)
在科技日益發(fā)達(dá)的社會(huì)中，表面上，我們與土壤的關(guān)系越來越遠(yuǎn)，但實(shí)際上人類的食物95%直接或間接地來自土壤，我們的健康越來越依賴于土壤。自工業(yè)革命特別是20世紀(jì)以來，地球上的人口呈爆炸式增長(zhǎng)，為了追求農(nóng)作物高產(chǎn)量，各種不良的生產(chǎn)方式已經(jīng)造成土壤嚴(yán)重退化，據(jù)聯(lián)合國(guó)估計(jì)，目前已經(jīng)嚴(yán)重退化的土壤占33%；工業(yè)化生產(chǎn)排放的大量的污染物，也給土壤的生產(chǎn)能力和糧食的安全帶來嚴(yán)重的威脅。聯(lián)合國(guó)制定的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（2015—2030）明確指出，土壤的健康是實(shí)現(xiàn)這17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵所在。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織也明確指出“除非把土壤放在新發(fā)展議程的最頂端，否則不能令人滿意地實(shí)現(xiàn)這些雙重(注:土壤可持續(xù)和其他目標(biāo)的可持續(xù)）目標(biāo)。土壤與貧困之間存在著公認(rèn)的聯(lián)系，這些聯(lián)系通常與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和治理問題相關(guān)”。
鑒于土壤在人類健康中的重要作用，是時(shí)候讓我們攜手共同維護(hù)這個(gè)人類生存和發(fā)展的根基了。
陳能場(chǎng)：研究員，廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所，廣州510650；林大松：副研究員，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津300191；鄭煜基：高級(jí)工程師，廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所，廣州510650；張甘霖：研究員，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京210008. ncchen@soil.gd.cn
Chen Nengchang: Rerearch Professor, Guangdong Institute of Eco-environmental Science and Technology，Guangzhou 510650; Lin Dasong: Associate Rerearch Professor, Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tianjin 300191; Zheng Yuji: Associate Research Professor, Guangzhou Institute of Eco-environmental Science and Technology, Guangzhou 510650; Zhang Ganlin: Research Professor, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008.
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關(guān)鍵詞：土壤污染 克山病 “痛痛病” 人體健康 健康土壤
本文刊載于2019年第71卷第6期《科學(xué)》雜志
《科學(xué)》雜志于1915年1月在上海問世，早年由任鴻雋，楊杏佛，胡明復(fù)，趙元任等學(xué)者編輯寫作，是我國(guó)歷史最長(zhǎng)的綜合性科學(xué)刊物。雜志定位為高級(jí)科普期刊，致力于科學(xué)知識(shí)、理念和科學(xué)精神的傳播，科學(xué)與人文互動(dòng)，歷史和前沿并舉，為提升我國(guó)全民科學(xué)素質(zhì)和建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家服務(wù)。雜志現(xiàn)任主編為中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮院士，主辦單位為上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。
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