以下摘录文章来源于科学杂志1915 ，作者陈能场 林大松 等

导   读

人类的食物95%直接或间接地来自土壤，食物中的营养和污染物直接影响着人体的健康，同时营养和污染物的相互作用贯穿在土壤化学、粮食安全和人体健康的全链条中。正因如此，在规避饮食风险时，要提倡多样化饮食；在土壤污染修复时，要因时因地开展。而要真正保障人体健康，健康的土壤才是根本。

文/陈能场   林大松   郑煜基   张甘霖

来源：科学杂志1915（2019年12月4日）

在城市化高速发展的今天，生活在都市里的人，很少接触到泥土，难以看到长在土壤里的作物，更难以想象土壤与健康有什么关系。

饮食多样化，平衡风险收益

营养学家早就认识到营养不良是一种复杂的现象，涉及不同的营养素缺乏。显然，目前全球营养缺口不能通过增加一种或两种营养素的供应来纠正。微量元素在人体健康中的作用及其生理功能的协同作用正日益得到承认，营养缺乏很少单独出现的观点也得到了广泛认可 [14]。

图中（a）中黑色线表示满足所有营养需求的理想饮食的营养成分，蓝色线显示满足碳水化合物需求但缺乏蛋白质和微量元素及维生素的饮食中营养成分的示例。在以稻米为主食的食物结构中，往往是图中蓝色线的情况，也就是说吃饱了，碳水化合物足够了，但其他成分如蛋白质、脂肪、宏量元素、微量元素、维生素依然不够，这种现象通常被称为隐性饥饿。据世界卫生组织估算，全球处于隐性饥饿的人口多达30亿，其中以缺铁、锌、硒、维生素A为甚。

图中（b）是3种食物的营养成分含量以每日需求量的百分比显示，蓝色线代表一杯白玉米（166克），黑色实线代表一杯黑豆（194克），黑色虚线表示一杯南瓜（116克）。一餐中即使吃了这3种食物共476克，也只有维生素A和膳食纤维足量，其他物质如铁、钙、脂肪、蛋白质等依然不足，所以营养多样性对人体健康非常重要，也因此要求饮食多样化。许多发展中国家的人严重缺乏的营养素包括碳水化合物、蛋白质、铁、维生素A、维生素C、叶酸和锌。有研究指出，为了获得足够量的营养素，一个家庭至少食用上述表中所示的不同营养功能组中的5个品种做成的饮食。

很多有害的重金属在土壤中本就天然存在，因此哪怕是“净土”生产的大米也会含有微量重金属。在现代社会中，已经很难找到“净土”“净水”和“纯净的空气”，因此人类的食物中难以避免会有污染物质。在这种情况下，需要权衡食物的营养收益和污染风险。

以食用大米为例，不含或只含天然存在的微量镉的大米，多吃无妨；对于有镉污染的大米，就需要权衡其安全性。由于镉主要与蛋白质结合，在大米中相对于其他元素分布较均匀，有研究表明，从糙米加工成精米到最后做成白饭，镉的损失率只有10%，而铁、钙、维生素B1等营养物质主要在表皮中，加之加工过的精米在淘米时会造成营养物质进一步损失，因此到米饭阶段，含镉大米做成的米饭健康风险会增加。

对于含砷大米，糙米加工成精米时可以去除一部分砷，用热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，再捞起蒸着吃，则大部分的砷留在米汤中，吃米饭就安全得多。

对于含汞大米，有研究表明，无机汞主要在大米表皮，但剧毒的甲基汞则富集在米心部位，因此加工大米时，越是精米，甲基汞的相对含量会越高。

因此，在挑选大米时，尽可能选取产地安全的大米，同时经常更换大米的种类，其中籼米（长形大米）的重金属含量通常高于粳米（圆形大米）。另外，注重膳食中的营养，这样即使吃到被污染的大米，带来的健康风险也会小得多。

健康人体，始于健康土壤

虽然受污染的土地可能生产出安全的粮食，没有受污染的土地如果土壤退化，也可能生产出不安全的粮食。但不管怎样，只有健康的土壤才能生产出健康的粮食，从而保证人体的健康。

健康土壤的意义在于它的高产性。虽然近年来不少国家的人口增长在减缓，但到2050年，地球上的人口估计将达到90亿，那时需要比在现有的耕地数量上多生产出70%左右的粮食才能供养人类。要提高产量，没有健康的土壤，几乎是不可能的。

健康土壤的意义也在于它对气候变化的抵抗力。大量试验表明，在极端气候下如干旱、水涝，健康土壤上生长的作物受到的损害相对较小，能维持相对较高的产量。

健康土壤的意义更在于可以生产出营养丰富的农产品。健康的土壤具有很强的生命力，拥有丰富且完整的食物网，植物根系残留特别是根系的分泌物供养着大量的细菌、真菌，并随着营养级的升高，还出现原生动物、线虫、节肢动物、蚯蚓，直到蛇、鸟、老鼠等脊椎动物。这个完整的食物网不仅转化着各种养分，使之为植物所利用，且相互依存相互制约，表现出很强的土壤抑病性。

以铁为例，虽然土壤中含有大量的铁，但由于其有效性低，难以为植物所吸收，一些植物如豆科植物根系进化出了通过分泌各种有机酸以螯合作用来增加对铁的吸收的机制。此外，根际环境内的微生物对铁的吸收也起着重要的作用。假单胞菌是产生铁载体的细菌，铁载体是低分子量螯合剂，具有高亲和力和铁特异性。铁载体由细菌在铁的有限条件下释放，为植物病原体创造了铁饥饿条件，但在根际中也对铁产生了至关重要的竞争。这种竞争最终决定了生活在植物根部周围的生物的种群结构，某些微生物铁载体可以被植物系统利用，从而导致植物中铁含量的增加 [15-16]。

据估计[17]，在世界上重要的农业土壤中，对作物生长而言，49%缺锌，31%缺硼，15%缺锌，14%缺铜，10%缺锰，3%缺铁，人为施用来改善费时费力且效果有限，但如果通过构建健康的土壤利用微生物来帮忙转化为植物可利用的形态，则效果显著，从而很大程度上可以改善人类的健康。

桑切斯（P. Sanchez）和斯瓦米纳坦（M. Swaminathan）[18]在谈到解决非洲饥饿问题的综合办法时，强调了“将不健康的人与不健康的土壤联系起来”。关键的一点是，仅靠作物多样性不足以满足人类的营养需求，作物所生长的土壤的健康在确保人类健康方面可以发挥重要作用。

目前，土壤的健康对人类健康及其生态系统健康的重要性已逐渐引起各方的关注，相应的土壤污染问题在我国得到了高度重视，以治镉和控镉为首要任务的各种修复项目和技术被大量地应用到各个项目中。固然，如同日本发生过的“痛痛病”一样，土壤中过高的重金属会带来直接的健康影响，其治理(从土壤中除去或降低其在土壤中的有效性）完全有必要，但从元素相互关系角度，从植物和人体的营养健康角度来看，更需要从多元素的角度对被污染的土壤进行调控。

以钙—镉为例，钙与镉都是+2价元素，且离子半径几乎相同，因此在矿物学中存在钙被镉取代，导致一些含钙的矿物也含有微量的镉，土壤黏粒对钙和镉的吸附能力也相近，因此在利用石灰施用降低土壤镉有效性时，过量的施用导致土壤中的钙离子浓度很高，反而容易将吸附在土壤黏粒上的镉离子置换到土壤溶液中，起不到降低土壤镉浓度和降低植物中镉含量的效果。

硫与镉的相互作用也有矿物学、土壤学和人体多个层面，镉是亲硫元素，所以很多含硫的矿物也多含有微量的镉；在水田等还原状态的土壤中，镉与被还原形成的-2价硫离子形成不能被水稻根系吸收的硫化镉，但排干后数天，硫化镉被氧化形成硫酸镉，变成了水稻根系容易吸收的元素，容易造成稻米的镉超标。

因此，土壤修复特别是以控制土壤中镉有效性的土壤调理方式的修复一定要根据土壤中的污染程度、土壤中各种与镉相互作用的离子的含量等来开展，从土壤化学和环境土壤学的原理出发，因时因地构建最合适的土壤修复方案。

结 语

在科技日益发达的社会中，表面上，我们与土壤的关系越来越远，但实际上人类的食物95%直接或间接地来自土壤，我们的健康越来越依赖于土壤。自工业革命特别是20世纪以来，地球上的人口呈爆炸式增长，为了追求农作物高产量，各种不良的生产方式已经造成土壤严重退化，据联合国估计，目前已经严重退化的土壤占33%；工业化生产排放的大量的污染物，也给土壤的生产能力和粮食的安全带来严重的威胁。联合国制定的可持续发展目标（2015—2030）明确指出，土壤的健康是实现这17个可持续发展目标的关键所在。联合国粮食及农业组织也明确指出“除非把土壤放在新发展议程的最顶端，否则不能令人满意地实现这些双重（注：土壤可持续和其他目标的可持续）目标。土壤与贫困之间存在着公认的联系，这些联系通常与社会经济和治理问题相关”。

鉴于土壤在人类健康中的重要作用，是时候让我们携手共同维护这个人类生存和发展的根基了。