羅軍強(qiáng),白 洋,鄭雄偉,張?jiān)?,?穎,胡 青
(湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊(duì),湖北 武漢 430056)
目前,鐘祥市依托“世界長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)”的品牌,著力發(fā)掘長(zhǎng)壽文化、特色資源、生態(tài)環(huán)境等優(yōu)勢(shì),構(gòu)建長(zhǎng)壽產(chǎn)業(yè)鏈,打造“世界養(yǎng)生名城”。鐘祥作為歷史上傳統(tǒng)的長(zhǎng)壽地區(qū),其優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)、優(yōu)良的土壤、豐富的植被,引起了許多學(xué)者對(duì)長(zhǎng)壽成因與自然生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行研究和探索,其研究認(rèn)為,鐘祥地區(qū)優(yōu)越的自然地理環(huán)境是健康長(zhǎng)壽的重要因素[1]。
微量元素雖然在生物體中含量不多,但它與生命活動(dòng)息息相關(guān),而微量元素必須直接或間接由土壤或礦物供給。土壤作為自然環(huán)境的基本因素,與大氣、水、生物之間進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換,土壤中的微量元素被動(dòng)植物攝取,最后經(jīng)過(guò)食物鏈進(jìn)入人體循環(huán),影響人類的健康和長(zhǎng)壽。本文通過(guò)收集鐘祥市長(zhǎng)壽老人分布數(shù)據(jù),系統(tǒng)采集了鐘祥地區(qū)土壤—飲水—糧食—蔬菜等配套的環(huán)境生態(tài)系列樣品,進(jìn)行化學(xué)元素含量的測(cè)定,并與其它非長(zhǎng)壽村的樣品進(jìn)行對(duì)比,以探索長(zhǎng)壽人群地域分布的生態(tài)環(huán)境特征。一方面打響“長(zhǎng)壽鐘祥”區(qū)域公用品牌,另一方面促進(jìn)特色健康養(yǎng)生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
鐘祥市位于湖北省中部、漢江中游,北接宜城市、隨州市,南鄰天門(mén)市、沙洋縣,東靠京山市,西連荊門(mén)市東寶區(qū),介于北緯30°42′~31°36′、東經(jīng)112°07′~113°00′之間,漢水自北向南穿境而過(guò),將市域分成兩部分,西部跨荊山支脈,東部接大洪山西麓。國(guó)土總面積4 488 km2,下轄1個(gè)街道、15個(gè)鎮(zhèn)、1個(gè)鄉(xiāng),3個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)。研究區(qū)地處鄂中低山區(qū),地勢(shì)東北高,西南低;屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),具有四季分明、雨熱同期、雨量充沛、氣候溫和等特點(diǎn)。
在鐘祥市范圍內(nèi)采集了土壤、飲水、糧食、蔬菜等樣品,其中表層土壤樣品7 427件,農(nóng)作物樣品847件(水稻260件、小麥203件、玉米162件、油菜94件、花生30件、蘿卜44件、白菜44件、葛根樣品10件),飲用水源地地表水樣品12件,分別測(cè)定20多種化學(xué)元素的含量。工作區(qū)及農(nóng)產(chǎn)品采樣點(diǎn)的位置如圖1所示。
圖1 鐘祥市農(nóng)作物采樣點(diǎn)位圖Fig.1 Map of crop sampling points in Zhongxiang City1.小麥;2.水稻;3.油菜;4.玉米;5.白菜;6.蘿卜;7.葛根。
樣品分析由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成,質(zhì)量控制按照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范(DZ0130—2006)》進(jìn)行。土壤樣品采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定Co、Ge、Cd、Pb、Cu、Zn、Mo含量,電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定Mn、Sr、V、CaO、MgO、Na2O、Ni含量,原子熒光光譜法(AFS)測(cè)定As、Hg、Se含量,X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定Cr含量,離子電極法(ISE)測(cè)定土壤pH值。
生物樣分析方法執(zhí)行中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行)》(DD2005—03)、GB/T 5009系列標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范,采用ICP-OES、ICP-MS測(cè)定Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pb、Fe、Mn、Ca、K、Mg、P、S、Cd含量,AFS測(cè)定As、Hg、Se含量。所有測(cè)試結(jié)果都滿足《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行)》所規(guī)定分析方法的精密度和準(zhǔn)確度要求。
據(jù)鐘祥市長(zhǎng)壽研究會(huì)提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),其人均壽命75.88歲,高出中國(guó)平均水平4.48歲,比世界平均水平高9.88歲,其中百歲老人109位(2015年世界長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)申報(bào)數(shù)據(jù)),按照中國(guó)老年學(xué)學(xué)會(huì)制訂的《中國(guó)長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)》的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),鐘祥市百歲老人占總?cè)丝诘谋壤_(dá)到10.5人/10萬(wàn)人,名列中國(guó)六大長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)第二位。
表1統(tǒng)計(jì)了各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)高齡老人的分布情況。由此可見(jiàn),百歲老人比率的高低分布不均,九里、柴湖、洋梓、長(zhǎng)壽、磷礦、文集等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)百歲老人比率是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的兩倍(7.5人/10萬(wàn)人),而張集、羅漢寺等地沒(méi)有百歲老人,地區(qū)之間差異顯著。
表1 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)高齡老人統(tǒng)計(jì)值Table 1 Statistical value of the elderly in each township
百歲老人絕對(duì)數(shù)量的空間分布在很大程度上受制于人口絕對(duì)數(shù)量的空間分布,人口密度高的地方往往也是百歲老人較為集中的地方。但是判斷一個(gè)地方是否是長(zhǎng)壽地區(qū)所采用的主要評(píng)判指標(biāo)是長(zhǎng)壽老人的相對(duì)比率。
根據(jù)鄉(xiāng)村長(zhǎng)壽現(xiàn)象的定義和中國(guó)老年學(xué)學(xué)會(huì)對(duì)長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),將各年齡段高齡老人(80—89歲、90—99歲、100歲以上)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后根據(jù)三個(gè)指標(biāo)的重要程度,分別賦予權(quán)重,再將三者相加,求得地區(qū)長(zhǎng)壽指數(shù)。將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)長(zhǎng)壽指數(shù)綜合得分結(jié)果分別用GIS制圖軟件表示,如圖2所示,鐘祥市百歲老人的地理分布具有以下特點(diǎn):空間分布不均衡,聚集性分布于漢江流域平原丘陵地區(qū),百歲老人的分布以漢江為流域?yàn)橹行木€往東西兩側(cè)呈擴(kuò)散狀分布。東西兩側(cè)的丘陵地帶的百歲老人比例高于平原地帶,反映出自然環(huán)境條件地域差異的影響。在漢江兩岸的東西兩翼山區(qū),特別是東部山區(qū),由于人口稀少,只有極少數(shù)的百歲老人分布。根據(jù)鐘祥市長(zhǎng)壽人群地域分布特征,確定長(zhǎng)壽地區(qū)與其它地區(qū)。長(zhǎng)壽地區(qū)為柴湖、文集、豐樂(lè)、洋梓、胡集、冷水,次長(zhǎng)壽地區(qū)為雙河、磷礦、郢中、長(zhǎng)壽、石牌、舊口等地,其它地區(qū)為張集、客店、東橋。
圖2 研究區(qū)長(zhǎng)壽指數(shù)圖Fig.2 Longevity index of the study area1.百歲老人;2.鄉(xiāng)鎮(zhèn)注釋;3.鄉(xiāng)村界線;4.鐵路;5.高速公路;6.等級(jí)公路;7.水系區(qū)。
現(xiàn)代分子生物學(xué)研究顯示,微量元素因與蛋白質(zhì)和其他有機(jī)基團(tuán)結(jié)合形成酶、激素、維生素等生物大分子而發(fā)揮生理生化功能。微量元素構(gòu)成機(jī)體內(nèi)重要載體與電子信息、傳遞系統(tǒng),參與激素、維生素合成,對(duì)各種生物酶起催化激活作用,對(duì)核酸的物理、化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響[2-3]。Hamllton等[4]發(fā)現(xiàn)地殼巖石中元素平均豐度與人體血液中元素的平衡豐度值的分布規(guī)律比較類似,首次揭示了人體中元素與地球環(huán)境密切相關(guān)的現(xiàn)象。因此,對(duì)環(huán)境、生物有機(jī)體中的微量元素進(jìn)行研究對(duì)于人體健康具有重要指導(dǎo)意義。
2.2.1飲用水元素含量分析
盡管水中的微量元素含量低于糧食和其它食品,但水中的微量元素多以溶解態(tài)或離子形式存在,更易被人體吸收轉(zhuǎn)化,吸收率可達(dá)90%以上。長(zhǎng)壽地區(qū)人群從富含礦物質(zhì)的飲用水中獲取了有益的微量元素,這些微量元素具有調(diào)節(jié)體內(nèi)脂質(zhì)代謝、降低自氧化損傷、延長(zhǎng)生存壽命的作用,水源中微量元素的含量對(duì)保持身體健康起著非常重要的作用,也是百歲老人得以健康長(zhǎng)壽最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。
對(duì)研究區(qū)黃坡水庫(kù)、溫峽水庫(kù)、石門(mén)水庫(kù)等水源地水質(zhì)分析,參照《國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5479—2006),鐘祥市飲用水源地均呈弱堿性,其它水質(zhì)指標(biāo)含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和WHO標(biāo)準(zhǔn)(表2),其中30%水樣中Sr含量達(dá)到飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。
表2 研究區(qū)水源地地表水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)表(單位:μg /L)Table 2 Statistical table of surface water quality in water source area of study area
圖3為長(zhǎng)壽區(qū)與非長(zhǎng)壽區(qū)水質(zhì)微量元素比值圖。從圖中可以直觀地看到,長(zhǎng)壽地區(qū)水源中Se、Li、Cu、Fe、Sr元素含量高于非長(zhǎng)壽地區(qū)。
圖3 長(zhǎng)壽地區(qū)水源與非長(zhǎng)壽地區(qū)比值圖Fig.3 Ratio diagram of water source in longevity area and non-longevity area
2.2.2土壤元素含量分析
土壤作為環(huán)境的基本因子,不斷與生物、大氣、水之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換。土壤中的微量元素被動(dòng)植物攝取,最后經(jīng)過(guò)食物鏈進(jìn)入人體,影響人類的健康和長(zhǎng)壽。表3、表4分別為鐘祥市典型長(zhǎng)壽地區(qū)和其它地區(qū)的土壤元素含量值,對(duì)比兩者在旱地和水田的平均值,可以發(fā)現(xiàn):
表3 柴湖等長(zhǎng)壽地區(qū)土壤元素平均含量值統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of average content of soil elements in Chaihu and other longevity area areas
表4 張集等非長(zhǎng)壽地區(qū)土壤元素平均含量值統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of average content of soil elements in Zhangji and other non-longevity areas
(1) 鐘祥市長(zhǎng)壽地區(qū)與其它地區(qū)土壤中微量元素含量具有顯著性差異。土壤Se、Sr、P、Mn、I、Zn、Mg、Ca、Na平均含量長(zhǎng)壽地區(qū)明顯高于其它地區(qū),比值均在1.2以上,這幾種元素含量在空間上的分布特征與長(zhǎng)壽人群空間分布特征相似,與柴湖、豐樂(lè)、長(zhǎng)壽、文集等地區(qū)百歲老人比率達(dá)到15/10萬(wàn)以上的地域分布一致。
(2) 土壤中Hg、As、N等元素含量長(zhǎng)壽地區(qū)顯著低于其它地區(qū),張集、客店、東橋等幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)耕地土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量較低,這些地區(qū)的百歲老人分布較少。長(zhǎng)壽地區(qū)旱地中,Sr、Se、Ca、Na、Mg、P、Cl等養(yǎng)分元素明顯高于其它地區(qū);而在水田中,除上述元素外,長(zhǎng)壽地區(qū)還有I、Mn含量高于其它地區(qū)。
進(jìn)一步對(duì)土壤微量元素與研究區(qū)長(zhǎng)壽綜合指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析(圖4),可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤Se、Sr、Zn、Mg與長(zhǎng)壽指數(shù)均呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.611、0.576、0.540、0.627。
圖4 土壤Se、Sr、Zn、Mg與長(zhǎng)壽指數(shù)相關(guān)系數(shù)圖Fig.4 Correlation coefficient diagram of soil Se,Sr,Zn,Mg and longevity index
2.3.1糧食類
表5是研究區(qū)糧食類元素含量平均值統(tǒng)計(jì)表。由表5中可以看出,長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn)大米中Se、Cu、Fe、Sr元素含量顯著高于其它鄉(xiāng)鎮(zhèn),Cd、Hg、Cr顯著低于非長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn),其它元素含量差異不大。小麥面粉中Se、Mo、Ca、Co元素含量長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn)明顯高于非長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn),其中Se平均含量是其它地區(qū)的3.8倍,Hg明顯低于其它鄉(xiāng)鎮(zhèn);玉米中Se、Cr、Co、Mo、Cu、Zn元素長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn)顯著高于非長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn),Hg明顯低于其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)。
表5 糧食作物中元素含量平均值統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistical table of average element content in grain crops
2.3.2油料類
長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn)油菜籽中有益元素Se、Mo、S元素含量極顯著高于其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)(表6),其中Se平均含量是其它非長(zhǎng)壽區(qū)的11.8倍,Co、Ni則低于其它非長(zhǎng)壽區(qū),其它元素含量差異不大。
表6 油菜中元素含量平均值統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistical table of average element content in rape
2.3.3蔬菜類
研究區(qū)長(zhǎng)壽地區(qū)白菜中有益元素Cu、Se、S、Fe、Cr元素含量極顯著高于其它鄉(xiāng)鎮(zhèn),其中Cu、Se平均含量是其它非長(zhǎng)壽區(qū)的7倍、4倍,其它元素含量差異不大。蘿卜中Se、Ni、Cu、Fe、Ca、S的含量長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn)明顯高于非長(zhǎng)壽鄉(xiāng)鎮(zhèn),Mn、Co相對(duì)較低,其它元素含量差異不大(表7)。
表7 蔬菜中元素含量平均值統(tǒng)計(jì)表Table 7 Statistical table of average element content in vegetables
另外,對(duì)鐘祥地區(qū)特色健康食品葛根也進(jìn)行了取樣分析,得到葛根在不同地區(qū)的元素含量值,典型長(zhǎng)壽區(qū)與其它非長(zhǎng)壽區(qū)的平均含量比值如圖5所示。
圖5 長(zhǎng)壽地區(qū)與其它地區(qū)葛根元素含量比值Fig.5 Element content ratio of Pueraria element between longevity and other areas
葛根中有益元素Mo、Se、Ca、Zn、Mn、Mg、S等顯著高于其它地區(qū),其中Mo、Se平均含量是其它非長(zhǎng)壽區(qū)的3倍、2倍,其它元素含量差異不大。
根據(jù)1990年FAO、IAEA、WHO三個(gè)國(guó)際組織的專家委員會(huì)界定必需微量元素的定義,人體必需微量元素共8種,包括碘、鋅、硒、銅、鉬、鉻、鈷、鐵;人體可能必需的元素共5種,包括錳、硅、硼、釩、鎳。非必需的微量元素有氟、鉛、鎘、砷、鋁、錫、汞等元素。
長(zhǎng)壽地區(qū)與非長(zhǎng)壽地區(qū)相比較,元素含量差異比較明顯,且地域分布差異顯著。飲用水中長(zhǎng)壽地區(qū)所檢測(cè)的種元素中Se、Sr、Li的含量顯著高于非長(zhǎng)壽地區(qū),其中長(zhǎng)壽水源地中的Sr含量達(dá)到了礦泉水標(biāo)準(zhǔn),有研究表明Sr可降低心血管的死亡率;Se元素與人體健康長(zhǎng)壽有關(guān);而適量的Li元素能改善造血功能,提高人體免疫機(jī)能。
在糧食作物中具有顯著性差異的元素是Se、Sr、Mo、Ca、Cu、Zn,含量均高于非長(zhǎng)壽地區(qū)。不同作物人體必需微量元素具有較大差異,其中Se、Mo元素在油料作物中都表現(xiàn)出顯著性差異,Cu、Se、Fe、S元素在蔬菜中具有顯著性差異。鐘祥特產(chǎn)葛根中Mo、Se、Ca、Zn、Mn、Mg、S在長(zhǎng)壽區(qū)明顯富集。作物中有害元素Pb、Hg、As在長(zhǎng)壽地區(qū)要顯著性低于非長(zhǎng)壽地區(qū)。
將上述飲用水、土壤、農(nóng)產(chǎn)品中微量元素進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì),對(duì)比分析鐘祥市典型長(zhǎng)壽區(qū)與其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)的含量差異,結(jié)果見(jiàn)表8。
表8 各介質(zhì)微量元素對(duì)比一覽表Table 8 Comparison of trace elements in various media
土壤中微量元素的分布也具有顯著性差異,總體上Se、Sr、P、Mn、I、Zn、Mg、Ca、Na長(zhǎng)壽地區(qū)要高于非長(zhǎng)壽地區(qū),其中Mn、I只在水稻土中富集明顯。土壤中V、Al、Hg等元素的含量長(zhǎng)壽地區(qū)要低于非長(zhǎng)壽地區(qū),土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量在非長(zhǎng)壽東區(qū)明顯偏低。但在長(zhǎng)壽區(qū)土壤中,Cd含量也相對(duì)較高,說(shuō)明了長(zhǎng)壽區(qū)土壤中Se、Cd同源的本質(zhì)。
在影響健康長(zhǎng)壽的主要因素中,遺傳因素難以解釋長(zhǎng)壽人口這種局域性聚集現(xiàn)象。這里有個(gè)典型的例子:1968年,由于湖北省丹江口水利工程建設(shè)需要,由河南省淅川縣移民43 989人到鐘祥市所轄柴湖鎮(zhèn)定居,當(dāng)時(shí)遷來(lái)時(shí)沒(méi)有一名百歲老人。40年后的2008年鐘祥移民中有7名百歲老人,而同時(shí)期淅川縣的64萬(wàn)人中,只有4名百歲老人。遷至鐘祥市柴湖鎮(zhèn)的移民與淅川縣本地人比較,百歲老人呈顯著增長(zhǎng),充分顯示長(zhǎng)壽聚集地域的優(yōu)越性。
俗話說(shuō)“一方水土養(yǎng)一方人”,因此,鐘祥地區(qū)長(zhǎng)壽人口的這種聚集現(xiàn)象不得不使人聯(lián)想到與環(huán)境的基本單元——土壤之間的某種聯(lián)系。土壤中的微量元素,特別是人體所必需的微量元素,攝取含量雖少,但對(duì)人體的生物化學(xué)過(guò)程卻起著關(guān)鍵作用,它們參與酶、激素、維生素、核酸的成分、維持生命的代謝過(guò)程,對(duì)人類健康和長(zhǎng)壽的影響最大。
研究認(rèn)為,長(zhǎng)壽地區(qū)存在一個(gè)“地域優(yōu)勢(shì)微量元素譜”或稱“長(zhǎng)壽譜”,如廣西巴馬百歲老人具有高錳低銅特征[6],新疆和田百歲老人頭發(fā)中鎂、鋁、鐵、錳、鋇、鰓含量明顯高于常人[7],云南百歲老人具有高錳、高鋅特點(diǎn),杭州蕭山百歲老人具有高硒、高鋅、高銅、高鐵特征[8]。這些研究表明,對(duì)人類壽命的影響是多種元素共同作用的結(jié)果,且微量元素在體內(nèi)相互影響、拮抗和協(xié)同的生物學(xué)作用機(jī)制極其復(fù)雜。
通過(guò)對(duì)鐘祥長(zhǎng)壽人群聚居區(qū)飲用水源、糧食、土壤微量元素的分析發(fā)現(xiàn),飲用水中Se、Sr、Li含量高,糧食中Se、Cu、Fe、Sr、Mo、Zn含量高,土壤中Sr、Se、Ca、Na、Mg、P、I、Mn含量高,推測(cè)這些元素的特定組合與本地長(zhǎng)壽現(xiàn)象有密切聯(lián)系。另?yè)?jù)中科院地理科學(xué)與資源研究所王五一等研究發(fā)現(xiàn),鐘祥市百歲老人頭發(fā)中Cu、Se、Sr、Zn等微量元素含量較高,而Cd、Cr、Pb等微量元素的含量較低。因此,本次研究認(rèn)為Se、Sr、Zn、Mg、Mn是鐘祥市長(zhǎng)壽區(qū)域特色優(yōu)勢(shì)微量元素譜,也是人們抗病、延年益壽的重要微量元素的來(lái)源與保障。
通過(guò)本次研究,說(shuō)明長(zhǎng)壽地區(qū)的特色優(yōu)勢(shì)微量元素譜,鐘祥市可依托“世界長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)”的品牌,著力發(fā)掘長(zhǎng)壽文化、特色資源、生態(tài)環(huán)境等優(yōu)勢(shì),以健康消費(fèi)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),以保健產(chǎn)品研發(fā)、長(zhǎng)壽旅游度假、養(yǎng)老保健服務(wù)構(gòu)建長(zhǎng)壽產(chǎn)業(yè)鏈,打造“世界養(yǎng)生名城”。