钟祥地区长寿人群地域分布与环境微量元素关系探讨

罗军强，白 洋，郑雄伟，张元培，吴 颖，胡 青

(湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

目前,钟祥市依托“世界长寿之乡”的品牌,着力发掘长寿文化、特色资源、生态环境等优势,构建长寿产业链,打造“世界养生名城”。钟祥作为历史上传统的长寿地区,其优质的水质、优良的土壤、丰富的植被,引起了许多学者对长寿成因与自然生态环境间的关系进行研究和探索,其研究认为,钟祥地区优越的自然地理环境是健康长寿的重要因素[1]。

微量元素虽然在生物体中含量不多,但它与生命活动息息相关,而微量元素必须直接或间接由土壤或矿物供给。土壤作为自然环境的基本因素,与大气、水、生物之间进行物质和能量的交换,土壤中的微量元素被动植物摄取,最后经过食物链进入人体循环,影响人类的健康和长寿。本文通过收集钟祥市长寿老人分布数据,系统采集了钟祥地区土壤—饮水—粮食—蔬菜等配套的环境生态系列样品,进行化学元素含量的测定,并与其它非长寿村的样品进行对比,以探索长寿人群地域分布的生态环境特征。一方面打响“长寿钟祥”区域公用品牌,另一方面促进特色健康养生产业的发展。

1 研究方法

1.1 研究区概况

钟祥市位于湖北省中部、汉江中游,北接宜城市、随州市,南邻天门市、沙洋县,东靠京山市,西连荆门市东宝区,介于北纬30°42′～31°36′、东经112°07′～113°00′之间,汉水自北向南穿境而过,将市域分成两部分,西部跨荆山支脉,东部接大洪山西麓。国土总面积4 488 km2,下辖1个街道、15个镇、1个乡,3个国营农场。研究区地处鄂中低山区,地势东北高,西南低；属北亚热带季风气候区,具有四季分明、雨热同期、雨量充沛、气候温和等特点。

1.2 样品采集与分析

在钟祥市范围内采集了土壤、饮水、粮食、蔬菜等样品,其中表层土壤样品7 427件,农作物样品847件(水稻260件、小麦203件、玉米162件、油菜94件、花生30件、萝卜44件、白菜44件、葛根样品10件),饮用水源地地表水样品12件,分别测定20多种化学元素的含量。工作区及农产品采样点的位置如图1所示。

图1 钟祥市农作物采样点位图Fig.1 Map of crop sampling points in Zhongxiang City1.小麦；2.水稻；3.油菜；4.玉米；5.白菜；6.萝卜；7.葛根。

样品分析由湖北省地质实验测试中心完成,质量控制按照中国地质调查局《地质矿产实验室测试质量管理规范(DZ0130—2006)》进行。土壤样品采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Co、Ge、Cd、Pb、Cu、Zn、Mo含量,电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定Mn、Sr、V、CaO、MgO、Na2O、Ni含量,原子荧光光谱法(AFS)测定As、Hg、Se含量,X射线荧光光谱法(XRF)测定Cr含量,离子电极法(ISE)测定土壤pH值。

生物样分析方法执行中国地质调查局《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》(DD2005—03)、GB/T 5009系列标准等规范,采用ICP-OES、ICP-MS测定Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pb、Fe、Mn、Ca、K、Mg、P、S、Cd含量,AFS测定As、Hg、Se含量。所有测试结果都满足《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》所规定分析方法的精密度和准确度要求。

2 结果与讨论

2.1 长寿人口分布情况

据钟祥市长寿研究会提供的统计数据,其人均寿命75.88岁,高出中国平均水平4.48岁,比世界平均水平高9.88岁,其中百岁老人109位(2015年世界长寿之乡申报数据),按照中国老年学学会制订的《中国长寿之乡》的评定标准,钟祥市百岁老人占总人口的比例达到10.5人/10万人,名列中国六大长寿之乡第二位。

表1统计了各个乡镇高龄老人的分布情况。由此可见,百岁老人比率的高低分布不均,九里、柴湖、洋梓、长寿、磷矿、文集等6个乡镇百岁老人比率是国际标准的两倍(7.5人/10万人),而张集、罗汉寺等地没有百岁老人,地区之间差异显著。

表1 各乡镇高龄老人统计值Table 1 Statistical value of the elderly in each township

百岁老人绝对数量的空间分布在很大程度上受制于人口绝对数量的空间分布,人口密度高的地方往往也是百岁老人较为集中的地方。但是判断一个地方是否是长寿地区所采用的主要评判指标是长寿老人的相对比率。

根据乡村长寿现象的定义和中国老年学学会对长寿之乡的评定标准,将各年龄段高龄老人(80—89岁、90—99岁、100岁以上)数据进行标准化处理,然后根据三个指标的重要程度,分别赋予权重,再将三者相加,求得地区长寿指数。将各乡镇长寿指数综合得分结果分别用GIS制图软件表示,如图2所示，钟祥市百岁老人的地理分布具有以下特点：空间分布不均衡,聚集性分布于汉江流域平原丘陵地区,百岁老人的分布以汉江为流域为中心线往东西两侧呈扩散状分布。东西两侧的丘陵地带的百岁老人比例高于平原地带,反映出自然环境条件地域差异的影响。在汉江两岸的东西两翼山区,特别是东部山区,由于人口稀少,只有极少数的百岁老人分布。根据钟祥市长寿人群地域分布特征,确定长寿地区与其它地区。长寿地区为柴湖、文集、丰乐、洋梓、胡集、冷水,次长寿地区为双河、磷矿、郢中、长寿、石牌、旧口等地,其它地区为张集、客店、东桥。

图2 研究区长寿指数图Fig.2 Longevity index of the study area1.百岁老人；2.乡镇注释；3.乡村界线；4.铁路；5.高速公路；6.等级公路；7.水系区。

2.2 研究区水土环境分析

现代分子生物学研究显示,微量元素因与蛋白质和其他有机基团结合形成酶、激素、维生素等生物大分子而发挥生理生化功能。微量元素构成机体内重要载体与电子信息、传递系统,参与激素、维生素合成,对各种生物酶起催化激活作用,对核酸的物理、化学性质产生影响[2-3]。Hamllton等[4]发现地壳岩石中元素平均丰度与人体血液中元素的平衡丰度值的分布规律比较类似,首次揭示了人体中元素与地球环境密切相关的现象。因此,对环境、生物有机体中的微量元素进行研究对于人体健康具有重要指导意义。

2.2.1饮用水元素含量分析

尽管水中的微量元素含量低于粮食和其它食品,但水中的微量元素多以溶解态或离子形式存在,更易被人体吸收转化,吸收率可达90%以上。长寿地区人群从富含矿物质的饮用水中获取了有益的微量元素,这些微量元素具有调节体内脂质代谢、降低自氧化损伤、延长生存寿命的作用,水源中微量元素的含量对保持身体健康起着非常重要的作用,也是百岁老人得以健康长寿最重要的物质基础之一。

对研究区黄坡水库、温峡水库、石门水库等水源地水质分析,参照《国家生活饮用水卫生标准》(GB 5479—2006),钟祥市饮用水源地均呈弱碱性,其它水质指标含量均符合国家标准和WHO标准(表2),其中30%水样中Sr含量达到饮用天然矿泉水标准。

表2 研究区水源地地表水水质统计表(单位：μg /L)Table 2 Statistical table of surface water quality in water source area of study area

图3为长寿区与非长寿区水质微量元素比值图。从图中可以直观地看到,长寿地区水源中Se、Li、Cu、Fe、Sr元素含量高于非长寿地区。

图3 长寿地区水源与非长寿地区比值图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

土壤作为环境的基本因子,不断与生物、大气、水之间进行物质和能量交换。土壤中的微量元素被动植物摄取,最后经过食物链进入人体,影响人类的健康和长寿。表3、表4分别为钟祥市典型长寿地区和其它地区的土壤元素含量值,对比两者在旱地和水田的平均值,可以发现：

表3 柴湖等长寿地区土壤元素平均含量值统计表Table 3 Statistical table of average content of soil elements in Chaihu and other longevity area areas

表4 张集等非长寿地区土壤元素平均含量值统计表Table 4 Statistical table of average content of soil elements in Zhangji and other non-longevity areas

(1) 钟祥市长寿地区与其它地区土壤中微量元素含量具有显著性差异。土壤Se、Sr、P、Mn、I、Zn、Mg、Ca、Na平均含量长寿地区明显高于其它地区,比值均在1.2以上,这几种元素含量在空间上的分布特征与长寿人群空间分布特征相似,与柴湖、丰乐、长寿、文集等地区百岁老人比率达到15/10万以上的地域分布一致。

(2) 土壤中Hg、As、N等元素含量长寿地区显著低于其它地区,张集、客店、东桥等几个乡镇地区耕地土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量较低,这些地区的百岁老人分布较少。长寿地区旱地中,Sr、Se、Ca、Na、Mg、P、Cl等养分元素明显高于其它地区；而在水田中,除上述元素外,长寿地区还有I、Mn含量高于其它地区。

进一步对土壤微量元素与研究区长寿综合指数进行相关分析(图4),可以发现研究区土壤Se、Sr、Zn、Mg与长寿指数均呈显著正相关,相关系数分别为0.611、0.576、0.540、0.627。

图4 土壤Se、Sr、Zn、Mg与长寿指数相关系数图Fig.4 Correlation coefficient diagram of soil Se,Sr,Zn,Mg and longevity index

2.3 农作物微量元素分析

2.3.1粮食类

表5是研究区粮食类元素含量平均值统计表。由表5中可以看出,长寿乡镇大米中Se、Cu、Fe、Sr元素含量显著高于其它乡镇,Cd、Hg、Cr显著低于非长寿乡镇,其它元素含量差异不大。小麦面粉中Se、Mo、Ca、Co元素含量长寿乡镇明显高于非长寿乡镇,其中Se平均含量是其它地区的3.8倍,Hg明显低于其它乡镇；玉米中Se、Cr、Co、Mo、Cu、Zn元素长寿乡镇显著高于非长寿乡镇,Hg明显低于其它乡镇。

表5 粮食作物中元素含量平均值统计表Table 5 Statistical table of average element content in grain crops

2.3.2油料类

长寿乡镇油菜籽中有益元素Se、Mo、S元素含量极显著高于其它乡镇(表6),其中Se平均含量是其它非长寿区的11.8倍,Co、Ni则低于其它非长寿区,其它元素含量差异不大。

表6 油菜中元素含量平均值统计表Table 6 Statistical table of average element content in rape

2.3.3蔬菜类

研究区长寿地区白菜中有益元素Cu、Se、S、Fe、Cr元素含量极显著高于其它乡镇,其中Cu、Se平均含量是其它非长寿区的7倍、4倍,其它元素含量差异不大。萝卜中Se、Ni、Cu、Fe、Ca、S的含量长寿乡镇明显高于非长寿乡镇,Mn、Co相对较低,其它元素含量差异不大(表7)。

表7 蔬菜中元素含量平均值统计表Table 7 Statistical table of average element content in vegetables

另外,对钟祥地区特色健康食品葛根也进行了取样分析,得到葛根在不同地区的元素含量值,典型长寿区与其它非长寿区的平均含量比值如图5所示。

图5 长寿地区与其它地区葛根元素含量比值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等显著高于其它地区,其中Mo、Se平均含量是其它非长寿区的3倍、2倍,其它元素含量差异不大。

3 综合分析与结论

3.1 长寿区与非长寿区各介质微量元素含量差异分析

根据1990年FAO、IAEA、WHO三个国际组织的专家委员会界定必需微量元素的定义,人体必需微量元素共8种,包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁；人体可能必需的元素共5种,包括锰、硅、硼、钒、镍。非必需的微量元素有氟、铅、镉、砷、铝、锡、汞等元素。

长寿地区与非长寿地区相比较,元素含量差异比较明显,且地域分布差异显著。饮用水中长寿地区所检测的种元素中Se、Sr、Li的含量显著高于非长寿地区,其中长寿水源地中的Sr含量达到了矿泉水标准,有研究表明Sr可降低心血管的死亡率；Se元素与人体健康长寿有关；而适量的Li元素能改善造血功能,提高人体免疫机能。

在粮食作物中具有显著性差异的元素是Se、Sr、Mo、Ca、Cu、Zn,含量均高于非长寿地区。不同作物人体必需微量元素具有较大差异,其中Se、Mo元素在油料作物中都表现出显著性差异,Cu、Se、Fe、S元素在蔬菜中具有显著性差异。钟祥特产葛根中Mo、Se、Ca、Zn、Mn、Mg、S在长寿区明显富集。作物中有害元素Pb、Hg、As在长寿地区要显著性低于非长寿地区。

将上述饮用水、土壤、农产品中微量元素进行综合统计,对比分析钟祥市典型长寿区与其它乡镇的含量差异,结果见表8。

表8 各介质微量元素对比一览表Table 8 Comparison of trace elements in various media

土壤中微量元素的分布也具有显著性差异,总体上Se、Sr、P、Mn、I、Zn、Mg、Ca、Na长寿地区要高于非长寿地区,其中Mn、I只在水稻土中富集明显。土壤中V、Al、Hg等元素的含量长寿地区要低于非长寿地区,土壤中Se、Sr、P、Mn等元素含量在非长寿东区明显偏低。但在长寿区土壤中,Cd含量也相对较高,说明了长寿区土壤中Se、Cd同源的本质。

3.2 研究区长寿关联微量元素谱探讨

在影响健康长寿的主要因素中,遗传因素难以解释长寿人口这种局域性聚集现象。这里有个典型的例子：1968年,由于湖北省丹江口水利工程建设需要,由河南省淅川县移民43 989人到钟祥市所辖柴湖镇定居,当时迁来时没有一名百岁老人。40年后的2008年钟祥移民中有7名百岁老人,而同时期淅川县的64万人中,只有4名百岁老人。迁至钟祥市柴湖镇的移民与淅川县本地人比较,百岁老人呈显著增长,充分显示长寿聚集地域的优越性。

俗话说“一方水土养一方人”,因此,钟祥地区长寿人口的这种聚集现象不得不使人联想到与环境的基本单元——土壤之间的某种联系。土壤中的微量元素,特别是人体所必需的微量元素,摄取含量虽少,但对人体的生物化学过程却起着关键作用,它们参与酶、激素、维生素、核酸的成分、维持生命的代谢过程,对人类健康和长寿的影响最大。

研究认为,长寿地区存在一个“地域优势微量元素谱”或称“长寿谱”,如广西巴马百岁老人具有高锰低铜特征[6],新疆和田百岁老人头发中镁、铝、铁、锰、钡、鳃含量明显高于常人[7],云南百岁老人具有高锰、高锌特点,杭州萧山百岁老人具有高硒、高锌、高铜、高铁特征[8]。这些研究表明,对人类寿命的影响是多种元素共同作用的结果,且微量元素在体内相互影响、拮抗和协同的生物学作用机制极其复杂。

通过对钟祥长寿人群聚居区饮用水源、粮食、土壤微量元素的分析发现,饮用水中Se、Sr、Li含量高,粮食中Se、Cu、Fe、Sr、Mo、Zn含量高,土壤中Sr、Se、Ca、Na、Mg、P、I、Mn含量高,推测这些元素的特定组合与本地长寿现象有密切联系。另据中科院地理科学与资源研究所王五一等研究发现,钟祥市百岁老人头发中Cu、Se、Sr、Zn等微量元素含量较高,而Cd、Cr、Pb等微量元素的含量较低。因此,本次研究认为Se、Sr、Zn、Mg、Mn是钟祥市长寿区域特色优势微量元素谱,也是人们抗病、延年益寿的重要微量元素的来源与保障。

通过本次研究,说明长寿地区的特色优势微量元素谱,钟祥市可依托“世界长寿之乡”的品牌,着力发掘长寿文化、特色资源、生态环境等优势,以健康消费带动经济增长,以保健产品研发、长寿旅游度假、养老保健服务构建长寿产业链,打造“世界养生名城”。