導讀

土壤是由礦物巖石(母巖)風化而來的(如圖1)，土壤固體的95%是礦物質(zhì)，只有少部分(約2%)在風化成土作用過程中發(fā)生了活化，才成為植物的有效營養(yǎng)，并構(gòu)成了土壤自然養(yǎng)分的重要部分

植物體中已發(fā)現(xiàn)的化學元素有70多種，其中碳、氫、氧、氮、磷、鉀以及鈣、鎂、鈉、硫、硅等11種元素占植物體活基質(zhì)的99.95%，其余60多種元素(如鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、氯等必需元素;如硅、鎳、鈷、硒、鈉、釩以及稀土元素等有益元素;如鉻、鎘、鉛、砷、汞、鋁等重金屬有毒元素)的含量甚微，總共僅占0.05%。

圖1

如諾貝爾獎得主Carrel以及Pauling所說:“土壤中的礦物質(zhì)控制著植物、動物和人的新陳代謝。土壤的肥沃程度決定了所有生命的健康程度。”“人類的每一種疾患、每一種病痛都可以追溯到礦物質(zhì)的缺乏上去。”聯(lián)合國兒童基金會日前發(fā)布的《2019年世界兒童狀況：兒童、食物與營養(yǎng)》報告顯示，全球有一半兒童存在“隱性饑餓”問題。

一、土壤-植物營養(yǎng)的關(guān)系

在土壤里面所能發(fā)現(xiàn)的礦物質(zhì)和微量元素有73種之多，分為植物生長必需元素(圖2)，有益元素(硅、鎳等)，有毒害元素(汞、鉛)。有些專家發(fā)表文章提出，鎳、硅、鈷、鈉等也是植物必需的營養(yǎng)元素，有的低等植物還需要釩、鎵、鍺和鎢，但未能證明所有植物都需要它們。

圖2

(1)鎢(W)對固氮生物有毒，主要表現(xiàn)在干擾鉬的代謝,對生物體內(nèi)的固氮酶、四連硫酸還原酶等鉬酶的活性均有抑制作用，因其競爭性地抑制鉬的吸收等;

(2)鋁(Al)抑制鐵和鈣的吸收，干擾磷代謝，阻礙磷的吸收和向地上部的運轉(zhuǎn);鋁過多的毒害癥狀系抑制作物根的生長，根尖和側(cè)根變粗成棕色，地上生長部分受阻，葉子呈暗綠色，莖呈紫色;

(3)硒(Se)在喜硒植物中有大量富集，缺硒就不能正常生長發(fā)育;

(4)鉻(Cr)是人和動物所必需的一種微量元素，鉻參與細胞的一系列組成，軀體缺鉻可引起動脈粥樣硬化癥;鉻可以提高植物體內(nèi)酶的活性，增加葉綠素、有機酸、葡萄糖和果糖的含量，加速植物生長，增強植物對疾病的抵抗力和提高作物的產(chǎn)量。但如含鉻過多，對人和動植物都是有害的。

(5)砷(As),試驗證明微量砷(As)化物對某些植物生長有刺激作用，并能提高某些作物的品質(zhì)。湖南省常寧縣白沙的名產(chǎn)“白沙柑子”，其色澤鮮艷、氣味芳香、酸甜可口;常寧縣西嶺產(chǎn)的生姜肉質(zhì)細嫩、纖維很少、有特殊香味。據(jù)分析，這些都與土壤中砷的含量有關(guān)。

因此，礦物元素有益or有害，生命需要or不需，這都是相對的。目前認為對生命是不必需的或有毒的元素，可能未來會發(fā)現(xiàn)是有益的或生命所必須的。任何一種元素對植物的作用不僅取決于其化學性質(zhì)，還取決于其“適當?shù)臄?shù)量”以及與其他元素的“合理的比例”關(guān)系是否適合該種植物在不同生長時期的平衡需求或耐受能力(圖3)。

圖3

二、土壤-人體健康的關(guān)系

研究表明，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-動物-人類的生物鏈傳遞結(jié)果。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人體血液中有60多種化學元素，與地殼同種化學元素的分布之間具有明顯的相關(guān)性(圖4)。

圖4

如果在某一地區(qū)地殼中的化學元素濃度超出了人體所適應的正常變動范圍，就可能引起病變。

實例1：碘缺乏所引發(fā)的碘缺乏病(IDD)，發(fā)現(xiàn)了碘缺乏是我國人群甲狀腺腫、克汀病的致病因素。

實例2：上世紀70年代，我國10個省的300多個縣流行克山病，形成了一個從東北到西南的狹長型發(fā)病地帶。在防治克山病工作中，首次發(fā)現(xiàn)硒缺乏是導致克山病的重要原因。

實例3:20世紀80年代含稀土元素肥料，使增產(chǎn)率通?？蛇_20%以上。然而30年后發(fā)現(xiàn)，人體長期低劑量攝入稀土元素，可能會影響大腦功能、加重肝腎負擔而導致肝臟組織變化、影響女性生育功能等;高于2mg/kg劑量的農(nóng)用稀土能通過胎盤屏障引起肝細胞和紅細胞的DNA損傷。

總之，在這漫長的發(fā)生、進化歷程中(圖5)，植物、動物、人類都對地殼巖石圈的礦物質(zhì)元素背景形成了緊密的依賴關(guān)系。盡管人們對微量元素的認識還很新，研究者們還是每一天都能發(fā)現(xiàn)它們的更多重要之處。譬如，機體要吸收鈣，就必需要有微量元素硼。如果你不能從膳食中獲得足夠的硼，你的身體就不能吸收到食物、飲用水或補充劑中的鈣。譬如，侏羅紀時代稱霸地球表面的恐龍，因為一顆地外小行星撞擊地球所帶來過量的元素銥而突然滅絕。而適應高濃度銥的少量生物物種存活下來，然后演化成為目前地球的生物種群。

圖5

三、結(jié)語

土壤-植物營養(yǎng)-人體健康關(guān)系鏈，應考慮一個系統(tǒng)問題，應從“正逆”雙路徑破題。正如尹雪斌研究員所說“讓有益的營養(yǎng)素進入人體發(fā)揮功效，那么既需要對從巖石到人體有益物質(zhì)流的傳遞過程進行正向研究，找到物質(zhì)流傳輸規(guī)律，也需要基于人體對功能成分的實際需求逆向設(shè)計。”

土壤-植物營養(yǎng)-人體健康的基礎(chǔ)研究已經(jīng)引起了地球物理學家、生理學家、土壤學家、農(nóng)業(yè)化學(肥料)家和農(nóng)學家們的重視，以及畜牧學家、醫(yī)學、衛(wèi)生學、營養(yǎng)學與環(huán)境科學方面的專家們也給予了極大的關(guān)注，他們并圍繞巖石-土壤-肥料-作物/動物-食品-人體，物質(zhì)流傳輸規(guī)律與調(diào)控技術(shù)相關(guān)的關(guān)鍵科學問題開展研究，為早日拿出應對“隱性饑餓”’問題上的“中國方案”而砥礪前行。