貧困農(nóng)村土壤—植物—兒童人體必需微量元素的研究進(jìn)展

呂清

摘 要：兒童隱性饑餓問題已成為學(xué)術(shù)關(guān)注熱點(diǎn)，貧困農(nóng)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(yǎng)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(huán)境中各元素以不同的形態(tài)存在，并通過土壤、植物等自然生態(tài)因子進(jìn)入食物鏈。本文綜述貧困農(nóng)村的食物安全問題、生物多樣性與稀釋效應(yīng)對食物質(zhì)量安全的影響、兒童隱性饑餓的危害等方面的研究進(jìn)展，研究表明，開展土壤-植物-兒童人體系統(tǒng)必需微量元素關(guān)聯(lián)特征研究很有必要。

關(guān)鍵詞：必需微量元素;隱性饑餓;土壤;植物;兒童;貧困農(nóng)村

20世紀(jì)70年代，聯(lián)合國糧農(nóng)組織提出食物安全概念以來，其內(nèi)涵、外延一直都在不斷變化，關(guān)注點(diǎn)從宏觀轉(zhuǎn)向微觀，從數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，從食物可供給性轉(zhuǎn)向食物可持續(xù)性[1]?！吨袊澄锱c營養(yǎng)發(fā)展綱要（2014—2020年）》指出，目前中國食品安全狀況總體穩(wěn)定趨好，但食物生產(chǎn)還不能較好地滿足營養(yǎng)需求。中國居民同時(shí)面臨著營養(yǎng)不足、隱性饑餓以及營養(yǎng)過剩的三重困境[2]。微量營養(yǎng)素（主要包括維生素和礦物質(zhì)）缺乏會(huì)引起機(jī)體不良反應(yīng)甚至導(dǎo)致疾病，國際社會(huì)把改善全球的微量營養(yǎng)素缺乏作為重要的公共衛(wèi)生政策之一[3]。國家食物安全是家庭和個(gè)人食物安全的基礎(chǔ)，家庭食物獲取安全和個(gè)人營養(yǎng)安全則是食物安全的終極目標(biāo)[4]。

1 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

1.1 貧困農(nóng)村的食物安全問題

1.1.1 貧困農(nóng)村環(huán)境對食物安全的影響 我國貧困農(nóng)村居民家庭是食物安全水平較低的弱勢群體之一，貧困農(nóng)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(nóng)戶食物安全是關(guān)注弱勢群體基本生存權(quán)利的需要，確保貧困農(nóng)戶食物安全有助于保障國家整體食物安全與社會(huì)和諧穩(wěn)定[6-7]。為解決農(nóng)戶食物安全問題，王興穩(wěn)等[8]運(yùn)用聯(lián)立方程組進(jìn)行相關(guān)研究，分析貧困山區(qū)道路、季節(jié)性飲用水短缺對農(nóng)戶營養(yǎng)、健康的影響;運(yùn)用多元回歸方程分析西南貧困山區(qū)道路狀況等對農(nóng)戶食物獲得能力的影響，居住地距集貿(mào)市場越遠(yuǎn)、道路狀況越差，農(nóng)民食物的多樣性及膳食綜合評(píng)價(jià)得分越差[9]。

1.1.2 貧困農(nóng)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(guān)鍵[10] 。資源、生產(chǎn)投入、自然災(zāi)害、消費(fèi)需求和國際貿(mào)易等風(fēng)險(xiǎn)是我國家庭食物安全的5大風(fēng)險(xiǎn)[11]。家庭規(guī)模越大，越容易面臨食物不安全風(fēng)險(xiǎn);健全農(nóng)村市場體系有助于家庭食物安全的實(shí)現(xiàn);耕地資源是貧困農(nóng)村實(shí)現(xiàn)家庭食物安全的重要保障[12]。農(nóng)戶收入不確定性對食物安全產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)一般大于收入水平提高產(chǎn)生的促進(jìn)效應(yīng)。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(qū)農(nóng)民糧食和食品安全保障最主要因素是農(nóng)民實(shí)際收入水平[14]。面對食物不安全現(xiàn)象，低收入家庭應(yīng)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(nèi)在動(dòng)機(jī)是影響可持續(xù)食物安全的主要因素[16]。

綜合評(píng)價(jià)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(nèi)容[17]，農(nóng)村因地制宜開展多種經(jīng)營有利于家庭食物安全[18-19]，婦女賦權(quán)程度對農(nóng)戶食物安全水平存在著顯著的正向影響[20]，提高農(nóng)村家庭食物安全需要調(diào)整、匹配農(nóng)村食物系統(tǒng)的各種安全驅(qū)動(dòng)因素[21]。聶鳳英等[22]基于陜西等三省1 368戶農(nóng)戶的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中國西部貧困地區(qū)6個(gè)樣本縣食物不安全農(nóng)戶比例為14.9%。食物營養(yǎng)知識(shí)缺乏等是導(dǎo)致農(nóng)戶食物不安全的主要原因[23]。樣本縣各種生計(jì)資本的平均綜合水平偏低，生計(jì)資本是影響農(nóng)戶食物安全狀態(tài)的顯著性因素，且對農(nóng)戶食物安全具有正向作用[24]。樣本農(nóng)戶遭受的沖擊對其食物安全有顯著負(fù)向影響，對貧困程度較高的農(nóng)戶沖擊影響較大[25]。

1.2 生物多樣性與稀釋效應(yīng)對食物質(zhì)量安全的影響

1.2.1 生物多樣性、農(nóng)業(yè)生物多樣性與食物多樣性 生物多樣性是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是生態(tài)安全和食物安全的重要保障[26]。農(nóng)業(yè)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(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對保障全球糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[27]。糧食安全既有對單產(chǎn)和一定種植規(guī)模的數(shù)量要求，也有對投入物質(zhì)安全和土壤健康的質(zhì)量要求，還有對良好生態(tài)環(huán)境的要求以及對生產(chǎn)者充分激勵(lì)的經(jīng)濟(jì)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(jié)合，通過食物缺乏種類來判斷貧困縣的食物消費(fèi)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(nóng)作物稀釋效應(yīng)與食物必需微量元素下降 日常膳食結(jié)構(gòu)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(dāng)維生素和礦物質(zhì)營養(yǎng)[30]。單位體積農(nóng)作物產(chǎn)品中部分營養(yǎng)素，尤其是微量營養(yǎng)素含量有下降趨勢，對農(nóng)作物中必需微量營養(yǎng)素產(chǎn)生了稀釋效應(yīng)，導(dǎo)致單位體積營養(yǎng)素含量的下降[31]。Davis[32]推測蔬菜營養(yǎng)素含量的下降可能與其產(chǎn)量性狀的改進(jìn)有關(guān)。農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量下降的可能原因：（1）栽培技術(shù)使農(nóng)作物產(chǎn)量增加，但經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品中多種礦物質(zhì)元素的含量與產(chǎn)量并不一定是強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致產(chǎn)量增加“稀釋”了礦物質(zhì)元素含量;（2）育種技術(shù)主要以產(chǎn)量和收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀作為改進(jìn)目標(biāo)，導(dǎo)致微量營養(yǎng)素含量在基因水平被“稀釋”[33-34]。

1.3 隱性饑餓的現(xiàn)狀與兒童隱性饑餓的危害

1.3.1 隱性饑餓的現(xiàn)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(shù)量約3億。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國居民營養(yǎng)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(dāng)前兒童蛋白質(zhì)—熱能營養(yǎng)不良癥已顯著減少，但微量營養(yǎng)素缺乏仍然存在[36]。發(fā)達(dá)與貧困地區(qū)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(jīng)濟(jì)狀況對兒童智力發(fā)育有正向促進(jìn)作用。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院臨床營養(yǎng)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(yǎng)不良，隱性饑餓較普遍。隱性饑餓嚴(yán)重影響我國的人體素質(zhì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和沉重的社會(huì)代價(jià)。膳食中微量營養(yǎng)元素含量和生物有效性低是導(dǎo)致人體營養(yǎng)失衡的主要原因[38]。萬建民院士指出，2015年我國糧食總產(chǎn)量已超過6億t，數(shù)量方面能夠基本滿足人們需求，但是質(zhì)量方面的問題卻仍沒有解決，導(dǎo)致長期微量營養(yǎng)素缺乏和失衡[39]。微量營養(yǎng)素缺乏通常難以被發(fā)現(xiàn)，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(xué)術(shù)關(guān)注熱點(diǎn)[41]。兒童早期營養(yǎng)不良的長期后果是不可逆的[42]。兒童是認(rèn)知發(fā)展的最佳時(shí)期，微量營養(yǎng)素是構(gòu)成酶和激素的重要物質(zhì)，參與人體生長、發(fā)育、免疫等 [43]。處于生長發(fā)育期的兒童，其微量營養(yǎng)素的代謝與骨骼發(fā)育密切相關(guān)[44]。合理營養(yǎng)是兒童正常生長發(fā)育的基礎(chǔ)，當(dāng)各種原因?qū)е挛⒘繝I養(yǎng)素?cái)z入不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)各種缺乏癥狀，必需微量營養(yǎng)素缺乏，可不同程度地影響人體正常機(jī)體功能和組織代謝[45]。微量營養(yǎng)素缺乏較為常見，鋅缺乏會(huì)使免疫力降低，影響兒童體格發(fā)育及智力發(fā)育等，我國兒童缺鋅和維生素A造成的經(jīng)濟(jì)損失約占GDP總量的2.9%[46];鐵缺乏是當(dāng)今世界上最常見的微量營養(yǎng)素缺乏，缺鐵會(huì)使兒童認(rèn)知能力與學(xué)習(xí)能力下降[47]，據(jù)估計(jì)，約有50%的貧血是由缺鐵引起，這個(gè)問題在發(fā)展中國家尤為突出[48]。兒童早期的鐵缺乏若未得到及時(shí)糾正，即便是未發(fā)展到貧血階段，也可能已經(jīng)對兒童的生長及發(fā)育造成不同程度甚至是不可逆轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)紊亂的重要原因[52]。

2 土壤—植物—人體必需微量元素關(guān)聯(lián)特征研究背景

2.1 中國貧困人群微量營養(yǎng)元素缺乏的問題突出

隱性饑餓是指人體由于營養(yǎng)不平衡或者缺乏維生素及必需的礦物質(zhì)，從而產(chǎn)生隱蔽性營養(yǎng)需求的饑餓癥狀，其主要原因在于微量營養(yǎng)元素?cái)z入不足，屬亞臨床或生化水平缺乏狀態(tài)[53]。中國貧困人群微量營養(yǎng)元素缺乏較為嚴(yán)重，《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告（2015）》顯示，我國6歲以下農(nóng)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(nóng)村兒童生長遲緩率和低體重率又是一般農(nóng)村兒童的1.5倍，貧困農(nóng)村學(xué)齡前兒童營養(yǎng)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(xué)齡前兒童鐵、鋅缺乏率分別為38.4%、34.7%，鐵與鋅同時(shí)缺乏發(fā)生率為24.1%[56];湖北監(jiān)利縣300例4～6歲的兒童，鐵、鋅等攝入量未達(dá)標(biāo)，23.3%的兒童缺乏微量營養(yǎng)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(dá)46.7%、缺鐵率為20.3%[59]。

2.2 土壤—植物系統(tǒng)微量元素含量與人體微量元素含量的關(guān)系密切

土壤是產(chǎn)地環(huán)境的基本要素，良好的產(chǎn)地環(huán)境是確保食物安全的基礎(chǔ)[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(huán)境中各種元素以不同的形態(tài)和量存在，并通過土壤、植物等自然生態(tài)因子進(jìn)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(nóng)作系統(tǒng)的可持續(xù)性，降低了耕地支撐高產(chǎn)的能力，而且使農(nóng)作物病蟲害增多、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降[62]。Thomas[63]也認(rèn)為，食物中微量營養(yǎng)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(chǎn)地苦木藥材微量元素測定顯示，江西生產(chǎn)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(rèn)為，可以通過提高土壤—植物系統(tǒng)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(xí)慣不同所致[67]，人體對植物硒的攝入是硒進(jìn)入人體的主要途徑[68]，人們食用富硒農(nóng)產(chǎn)品通過食物鏈補(bǔ)硒，安全、方便、經(jīng)濟(jì)[69]。

2.3 貧困農(nóng)村兒童體內(nèi)微量元素含量與土壤—植物系統(tǒng)微量元素含量的關(guān)聯(lián)研究仍較薄弱

土壤中微量元素含量主要與成土母質(zhì)、氣候、有機(jī)質(zhì)含量和氧化還原狀況等多種因素有關(guān)[70-71]。微量元素對植物生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，農(nóng)田灌溉水、土壤中微量元素銅、鋅含量對稻谷中相應(yīng)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(chǔ)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(huán)境中各元素的動(dòng)態(tài)平衡，處在食物鏈高端的人類，雖然不是直接依靠無機(jī)食物生存，但其必需微量元素受制于環(huán)境中的各要素（土壤、植物等）[73]。然而，目前微量元素遷移、循環(huán)研究重視不夠[74]，針對土壤—植物—人體系統(tǒng)必需微量元素含量的關(guān)聯(lián)特征研究仍較薄弱。

3 土壤—植物—人體必需微量元素關(guān)聯(lián)特征研究意義

3.1 有助于揭示土壤—植物系統(tǒng)微量元素與兒童體內(nèi)微量元素之間的關(guān)系

食物安全事關(guān)國家安全戰(zhàn)略，應(yīng)更加注重食物綜合保障能力及營養(yǎng)安全方面的研究。隱性饑餓已成為全球普遍關(guān)注的公共健康問題，尤其是對于發(fā)展中國家的婦女與學(xué)齡前兒童[75]，隱性饑餓等營養(yǎng)不良問題能使數(shù)代人陷入貧窮和營養(yǎng)不良的惡性循環(huán)[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(nóng)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(nóng)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(yǎng)元素是人類賴以生存的重要物質(zhì)，而處在生長發(fā)育階段的兒童對微量元素缺乏更敏感。土壤中的礦物質(zhì)直接或間接地控制著植物、動(dòng)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(guān)，這是土壤—植物—?jiǎng)游铩祟惿镦渹鬟f的結(jié)果[62]。開展該項(xiàng)目研究有助于揭示土壤—植物系統(tǒng)微量元素與兒童體內(nèi)微量元素之間的關(guān)系。

3.2 可為基于土壤—植物系統(tǒng)優(yōu)化人體微量元素提供科學(xué)依據(jù)

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(nóng)業(yè)活動(dòng)造成的土壤環(huán)境質(zhì)量影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)作物生長提供借鑒。土壤質(zhì)量和土壤肥力對糧食作物的營養(yǎng)含量和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的營養(yǎng)產(chǎn)出有直接影響[63]，微量元素可能是今后提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)越多樣化，食物系統(tǒng)就越會(huì)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(zhì)，植物、動(dòng)物、人類都需要礦物質(zhì)微量元素，并必須滿足適當(dāng)?shù)臄?shù)量和比例，如果超出或低于其適量范圍或失衡，則可能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)[61]。該項(xiàng)目研究可為基于土壤—植物系統(tǒng)優(yōu)化人體微量元素提供科學(xué)依據(jù)。

4 土壤—植物—人體必需微量元素關(guān)聯(lián)特征研究初步設(shè)想

我國食物安全總體較好，但存在發(fā)達(dá)地區(qū)與貧困地區(qū)、成人與兒童、數(shù)量與質(zhì)量等不平衡的食物安全問題，貧困農(nóng)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(xiàn)已有較多學(xué)者從事這方面的研究，取得了較好的研究成果。但是，醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)者注重于必需微量元素的攝入與平衡，地理學(xué)者注重于必需微量元素的空間格局，農(nóng)學(xué)學(xué)者注重于必需微量元素的生物強(qiáng)化等，由于各學(xué)科研究視角與側(cè)重點(diǎn)的差異，因此，亟待加強(qiáng)土壤—植物—人體系統(tǒng)必需微量元素含量關(guān)聯(lián)特征的系統(tǒng)研究。

今后研究將以兒童為中心，以植物土壤、植物為環(huán)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(nóng)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(jié)合微量元素失衡兒童病例與體檢報(bào)告分析及微量元素遷移累積系數(shù)測算，系統(tǒng)研究必需微量元素在稻田土壤—稻米—兒童食物鏈的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等關(guān)聯(lián)特征;在貧困農(nóng)村兒童食物多樣性、多因素質(zhì)量比模型必需微量元素滿足度綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，厘清貧困農(nóng)村兒童食物多樣性與必需微量元素滿足度之間的關(guān)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(xiàn)率;旨在為基于土壤—植物系統(tǒng)優(yōu)化人體微量元素提供科學(xué)依據(jù)，為貧困農(nóng)村兒童必需微量元素失衡提出改善建議。

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