鐘祥地區長壽人群地域分布與環境微量元素關系探討

羅軍強，白 洋，鄭雄偉，張元培，吳 穎，胡 青

(湖北省地質局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

目前,鐘祥市依托“世界長壽之鄉”的品牌,著力發掘長壽文化、特色資源、生態環境等優勢,構建長壽產業鏈,打造“世界養生名城”。鐘祥作為歷史上傳統的長壽地區,其優質的水質、優良的土壤、豐富的植被,引起了許多學者對長壽成因與自然生態環境間的關系進行研究和探索,其研究認為,鐘祥地區優越的自然地理環境是健康長壽的重要因素[1]。

微量元素雖然在生物體中含量不多,但它與生命活動息息相關,而微量元素必須直接或間接由土壤或礦物供給。土壤作為自然環境的基本因素,與大氣、水、生物之間進行物質和能量的交換,土壤中的微量元素被動植物攝取,最后經過食物鏈進入人體循環,影響人類的健康和長壽。本文通過收集鐘祥市長壽老人分布數據,系統采集了鐘祥地區土壤—飲水—糧食—蔬菜等配套的環境生態系列樣品,進行化學元素含量的測定,并與其它非長壽村的樣品進行對比,以探索長壽人群地域分布的生態環境特征。一方面打響“長壽鐘祥”區域公用品牌,另一方面促進特色健康養生產業的發展。

1 研究方法

1.1 研究區概況

鐘祥市位于湖北省中部、漢江中游,北接宜城市、隨州市,南鄰天門市、沙洋縣,東靠京山市,西連荊門市東寶區,介于北緯30°42′～31°36′、東經112°07′～113°00′之間,漢水自北向南穿境而過,將市域分成兩部分,西部跨荊山支脈,東部接大洪山西麓。國土總面積4 488 km2,下轄1個街道、15個鎮、1個鄉,3個國營農場。研究區地處鄂中低山區,地勢東北高,西南低；屬北亞熱帶季風氣候區,具有四季分明、雨熱同期、雨量充沛、氣候溫和等特點。

1.2 樣品采集與分析

在鐘祥市范圍內采集了土壤、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,分別測定20多種化學元素的含量。工作區及農產品采樣點的位置如圖1所示。

圖1 鐘祥市農作物采樣點位圖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實驗測試中心完成,質量控制按照中國地質調查局《地質礦產實驗室測試質量管理規范(DZ0130—2006)》進行。土壤樣品采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定Co、Ge、Cd、Pb、Cu、Zn、Mo含量,電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-OES)測定Mn、Sr、V、CaO、MgO、Na2O、Ni含量,原子熒光光譜法(AFS)測定As、Hg、Se含量,X射線熒光光譜法(XRF)測定Cr含量,離子電極法(ISE)測定土壤pH值。

生物樣分析方法執行中國地質調查局《生態地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》(DD2005—03)、GB/T 5009系列標準等規范,采用ICP-OES、ICP-MS測定Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pb、Fe、Mn、Ca、K、Mg、P、S、Cd含量,AFS測定As、Hg、Se含量。所有測試結果都滿足《生態地球化學評價樣品分析技術要求(試行)》所規定分析方法的精密度和準確度要求。

2 結果與討論

2.1 長壽人口分布情況

據鐘祥市長壽研究會提供的統計數據,其人均壽命75.88歲,高出中國平均水平4.48歲,比世界平均水平高9.88歲,其中百歲老人109位(2015年世界長壽之鄉申報數據),按照中國老年學學會制訂的《中國長壽之鄉》的評定標準,鐘祥市百歲老人占總人口的比例達到10.5人/10萬人,名列中國六大長壽之鄉第二位。

表1統計了各個鄉鎮高齡老人的分布情況。由此可見,百歲老人比率的高低分布不均,九里、柴湖、洋梓、長壽、磷礦、文集等6個鄉鎮百歲老人比率是國際標準的兩倍(7.5人/10萬人),而張集、羅漢寺等地沒有百歲老人,地區之間差異顯著。

表1 各鄉鎮高齡老人統計值Table 1 Statistical value of the elderly in each township

百歲老人絕對數量的空間分布在很大程度上受制于人口絕對數量的空間分布,人口密度高的地方往往也是百歲老人較為集中的地方。但是判斷一個地方是否是長壽地區所采用的主要評判指標是長壽老人的相對比率。

根據鄉村長壽現象的定義和中國老年學學會對長壽之鄉的評定標準,將各年齡段高齡老人(80—89歲、90—99歲、100歲以上)數據進行標準化處理,然后根據三個指標的重要程度,分別賦予權重,再將三者相加,求得地區長壽指數。將各鄉鎮長壽指數綜合得分結果分別用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：空間分布不均衡,聚集性分布于漢江流域平原丘陵地區,百歲老人的分布以漢江為流域為中心線往東西兩側呈擴散狀分布。東西兩側的丘陵地帶的百歲老人比例高于平原地帶,反映出自然環境條件地域差異的影響。在漢江兩岸的東西兩翼山區,特別是東部山區,由于人口稀少,只有極少數的百歲老人分布。根據鐘祥市長壽人群地域分布特征,確定長壽地區與其它地區。長壽地區為柴湖、文集、豐樂、洋梓、胡集、冷水,次長壽地區為雙河、磷礦、郢中、長壽、石牌、舊口等地,其它地區為張集、客店、東橋。

圖2 研究區長壽指數圖Fig.2 Longevity index of the study area1.百歲老人；2.鄉鎮注釋；3.鄉村界線；4.鐵路；5.高速公路；6.等級公路；7.水系區。

2.2 研究區水土環境分析

現代分子生物學研究顯示,微量元素因與蛋白質和其他有機基團結合形成酶、激素、維生素等生物大分子而發揮生理生化功能。微量元素構成機體內重要載體與電子信息、傳遞系統,參與激素、維生素合成,對各種生物酶起催化激活作用,對核酸的物理、化學性質產生影響[2-3]。Hamllton等[4]發現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律比較類似,首次揭示了人體中元素與地球環境密切相關的現象。因此,對環境、生物有機體中的微量元素進行研究對于人體健康具有重要指導意義。

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或離子形式存在,更易被人體吸收轉化,吸收率可達90%以上。長壽地區人群從富含礦物質的飲用水中獲取了有益的微量元素,這些微量元素具有調節體內脂質代謝、降低自氧化損傷、延長生存壽命的作用,水源中微量元素的含量對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壽最重要的物質基礎之一。

對研究區黃坡水庫、溫峽水庫、石門水庫等水源地水質分析,參照《國家生活飲用水衛生標準》(GB 5479—2006),鐘祥市飲用水源地均呈弱堿性,其它水質指標含量均符合國家標準和WHO標準(表2),其中30%水樣中Sr含量達到飲用天然礦泉水標準。

表2 研究區水源地地表水水質統計表(單位：μg /L)Table 2 Statistical table of surface water quality in water source area of study area

圖3為長壽區與非長壽區水質微量元素比值圖。從圖中可以直觀地看到,長壽地區水源中Se、Li、Cu、Fe、Sr元素含量高于非長壽地區。

圖3 長壽地區水源與非長壽地區比值圖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

土壤作為環境的基本因子,不斷與生物、大氣、水之間進行物質和能量交換。土壤中的微量元素被動植物攝取,最后經過食物鏈進入人體,影響人類的健康和長壽。表3、表4分別為鐘祥市典型長壽地區和其它地區的土壤元素含量值,對比兩者在旱地和水田的平均值,可以發現：

表3 柴湖等長壽地區土壤元素平均含量值統計表Table 3 Statistical table of average content of soil elements in Chaihu and other longevity area areas

表4 張集等非長壽地區土壤元素平均含量值統計表Table 4 Statistical table of average content of soil elements in Zhangji and other non-longevity areas

(1) 鐘祥市長壽地區與其它地區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平均含量長壽地區明顯高于其它地區,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壽人群空間分布特征相似,與柴湖、豐樂、長壽、文集等地區百歲老人比率達到15/10萬以上的地域分布一致。

(2) 土壤中Hg、As、N等元素含量長壽地區顯著低于其它地區,張集、客店、東橋等幾個鄉鎮地區耕地土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量較低,這些地區的百歲老人分布較少。長壽地區旱地中,Sr、Se、Ca、Na、Mg、P、Cl等養分元素明顯高于其它地區；而在水田中,除上述元素外,長壽地區還有I、Mn含量高于其它地區。

進一步對土壤微量元素與研究區長壽綜合指數進行相關分析(圖4),可以發現研究區土壤Se、Sr、Zn、Mg與長壽指數均呈顯著正相關,相關系數分別為0.611、0.576、0.540、0.627。

圖4 土壤Se、Sr、Zn、Mg與長壽指數相關系數圖Fig.4 Correlation coefficient diagram of soil Se,Sr,Zn,Mg and longevity index

2.3 農作物微量元素分析

2.3.1糧食類

表5是研究區糧食類元素含量平均值統計表。由表5中可以看出,長壽鄉鎮大米中Se、Cu、Fe、Sr元素含量顯著高于其它鄉鎮,Cd、Hg、Cr顯著低于非長壽鄉鎮,其它元素含量差異不大。小麥面粉中Se、Mo、Ca、Co元素含量長壽鄉鎮明顯高于非長壽鄉鎮,其中Se平均含量是其它地區的3.8倍,Hg明顯低于其它鄉鎮；玉米中Se、Cr、Co、Mo、Cu、Zn元素長壽鄉鎮顯著高于非長壽鄉鎮,Hg明顯低于其它鄉鎮。

表5 糧食作物中元素含量平均值統計表Table 5 Statistical table of average element content in grain crops

2.3.2油料類

長壽鄉鎮油菜籽中有益元素Se、Mo、S元素含量極顯著高于其它鄉鎮(表6),其中Se平均含量是其它非長壽區的11.8倍,Co、Ni則低于其它非長壽區,其它元素含量差異不大。

表6 油菜中元素含量平均值統計表Table 6 Statistical table of average element content in rape

2.3.3蔬菜類

研究區長壽地區白菜中有益元素Cu、Se、S、Fe、Cr元素含量極顯著高于其它鄉鎮,其中Cu、Se平均含量是其它非長壽區的7倍、4倍,其它元素含量差異不大。蘿卜中Se、Ni、Cu、Fe、Ca、S的含量長壽鄉鎮明顯高于非長壽鄉鎮,Mn、Co相對較低,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計表Table 7 Statistical table of average element content in vegetables

另外,對鐘祥地區特色健康食品葛根也進行了取樣分析,得到葛根在不同地區的元素含量值,典型長壽區與其它非長壽區的平均含量比值如圖5所示。

圖5 長壽地區與其它地區葛根元素含量比值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,其中Mo、Se平均含量是其它非長壽區的3倍、2倍,其它元素含量差異不大。

3 綜合分析與結論

3.1 長壽區與非長壽區各介質微量元素含量差異分析

根據1990年FAO、IAEA、WHO三個國際組織的專家委員會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。

長壽地區與非長壽地區相比較,元素含量差異比較明顯,且地域分布差異顯著。飲用水中長壽地區所檢測的種元素中Se、Sr、Li的含量顯著高于非長壽地區,其中長壽水源地中的Sr含量達到了礦泉水標準,有研究表明Sr可降低心血管的死亡率；Se元素與人體健康長壽有關；而適量的Li元素能改善造血功能,提高人體免疫機能。

在糧食作物中具有顯著性差異的元素是Se、Sr、Mo、Ca、Cu、Zn,含量均高于非長壽地區。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。鐘祥特產葛根中Mo、Se、Ca、Zn、Mn、Mg、S在長壽區明顯富集。作物中有害元素Pb、Hg、As在長壽地區要顯著性低于非長壽地區。

將上述飲用水、土壤、農產品中微量元素進行綜合統計,對比分析鐘祥市典型長壽區與其它鄉鎮的含量差異,結果見表8。

表8 各介質微量元素對比一覽表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長壽地區要高于非長壽地區,其中Mn、I只在水稻土中富集明顯。土壤中V、Al、Hg等元素的含量長壽地區要低于非長壽地區,土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量在非長壽東區明顯偏低。但在長壽區土壤中,Cd含量也相對較高,說明了長壽區土壤中Se、Cd同源的本質。

3.2 研究區長壽關聯微量元素譜探討

在影響健康長壽的主要因素中,遺傳因素難以解釋長壽人口這種局域性聚集現象。這里有個典型的例子：1968年,由于湖北省丹江口水利工程建設需要,由河南省淅川縣移民43 989人到鐘祥市所轄柴湖鎮定居,當時遷來時沒有一名百歲老人。40年后的2008年鐘祥移民中有7名百歲老人,而同時期淅川縣的64萬人中,只有4名百歲老人。遷至鐘祥市柴湖鎮的移民與淅川縣本地人比較,百歲老人呈顯著增長,充分顯示長壽聚集地域的優越性。

俗話說“一方水土養一方人”,因此,鐘祥地區長壽人口的這種聚集現象不得不使人聯想到與環境的基本單元——土壤之間的某種聯系。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,但對人體的生物化學過程卻起著關鍵作用,它們參與酶、激素、維生素、核酸的成分、維持生命的代謝過程,對人類健康和長壽的影響最大。

研究認為,長壽地區存在一個“地域優勢微量元素譜”或稱“長壽譜”,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,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,對人類壽命的影響是多種元素共同作用的結果,且微量元素在體內相互影響、拮抗和協同的生物學作用機制極其復雜。

通過對鐘祥長壽人群聚居區飲用水源、糧食、土壤微量元素的分析發現,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,推測這些元素的特定組合與本地長壽現象有密切聯系。另據中科院地理科學與資源研究所王五一等研究發現,鐘祥市百歲老人頭發中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,本次研究認為Se、Sr、Zn、Mg、Mn是鐘祥市長壽區域特色優勢微量元素譜,也是人們抗病、延年益壽的重要微量元素的來源與保障。

通過本次研究,說明長壽地區的特色優勢微量元素譜,鐘祥市可依托“世界長壽之鄉”的品牌,著力發掘長壽文化、特色資源、生態環境等優勢,以健康消費帶動經濟增長,以保健產品研發、長壽旅游度假、養老保健服務構建長壽產業鏈,打造“世界養生名城”。