Nature文章：土壤對人體健康的影響

導 讀

土壤如何影響人體健康？從食品供應到水過濾到化學和病原體的曝露，比起我們大多數人能意識到的，土壤以更多的方式影響健康。

原文作者/Eric C. Brevik博士（Dickinson州立大學自然科學系）＆Lynn C. Burgess博士（Dickinson州立大學自然科學系）

編譯/陳能場（廣東省生態環境技術研究所研究員）

來源：Brevik, E. C. & Burgess, L. C. (2014) The Influence of Soils on Human Health. Nature Education Knowledge 5(12):1

https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-influence-of-soils-on-human-health-127878980 2014年Nature教育

前言

土壤在許多方面對人體健康很重要。全球人均消耗的卡路里，其中約78％來自直接在土壤中生長的作物，另有近20％間接來自依賴於土壤生產的陸地食物（Brevik，2013a）。此外，土壤也是人體營養物質的主要來源，它們同時還可以作為天然過濾器去除水中的污染物。但是，土壤也可能含有重金屬、化學物質或可能對人體健康產生負面影響的病原體。

本文將總結一些土壤與人類健康之間更重要和直接的關係。

優質的食品生產和糧食安全

優質的食品生產和食品安全有幾個組成部分，包括食品有足夠的產量、食品中的營養成分充足，以及從食品中少含甚至不含潛在的有毒化合物（Hubert et al，2010）。要達到上述目標，土壤發揮著重要的作用。

土壤對作物產量和糧食安全的影響

當所有人都能獲得充足、安全和富有營養的食物時，就能實現糧食安全（UN-FAO，2003年）。糧食安全是人類健康的中心（Brevik，2009a；Carvalho，2006），生產出足夠產量且具有豐富營養的作物，在很大程度上取決於土壤特性和條件。尤其是當土壤具備發達結構、充足有機物質，以及其他有利於促進作物生長的物理和化學特性時，更能產生強大的產量，因此對於糧食安全至關重要（Reicosky等，2011；Brevik，2009b）。

反之，當土壤退化（包括水土流失、土壤結構破壞和養分含量的損失）時，就會降低作物生產並威脅到糧食安全（Brevik，2013b；Pimentel＆Burgess，2013；Lal，2009）（圖1）。當土壤含有重金屬一類物質時，則可能通過作物吸收將這些物質傳遞給人類，導致生產出不安全的食品，進而到毒害人類（Hubert et al，2010；Brevik，2009a）。

圖1：土壤退化使得土壤無法支撐植物強壯地生長。大面積土壤退化可能威脅糧食安全。照片：美國農業部NRCS基因亞歷山大

土壤元素的人體供應

僅11個元素就占人體中99.9％的原子。這些元素通常分為主要和次要元素，其中，主要元素有H、O、C和N四種，約佔人體構成的99％，次要元素有Na、K、Ca、Mg、P、S和Cl等七種，約佔人體構成的0.9%（Combs，2005）。

此外，還大約有18個元素被稱為微量元素。這些微量元素被認為是少量維持人類生命所必需的。

然而，人類健康專家並不普遍認同這些微量元素的確切數量和特性。在被認為對人類生命至關重要的大約29種元素中，有18種對植物至關重要或有益，並且是從土壤中獲得的，除了C、H、O是植物從空氣和水中獲得的外（Kirkby，2012），大多數其他元素可以通過植物從土壤中吸收（Brevik，2013a）。

因此，健康的、營養豐富的土壤才能使植物生長出含有人類攝食後其生命所需的大部分元素（Combs，2005；Committee on Minerals and Toxic Substances in Diets and Water for Animals, National Research Council，2005）。

負面健康影響

1、重金屬

接觸土壤重金屬是人類重要的健康問題。砷是一種准金屬，但它通常與重金屬歸類在一起。對人類健康最為關注的重金屬包括：As、Pb、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn（Fergusson，1990）。重金屬通過岩石風化自然地進入土壤，但人類活動也導致重金屬進入了土壤。重金屬是採礦業的副產品，它們存在於礦坑中和金屬加工廠的周圍。

重金屬也從含有工業和家庭廢物的垃圾填埋場以及來自污水處理廠的污泥中釋放到土壤中。電子廢物或與電子設備有關的廢棄物是土壤中Pb、Sb、Hg、Cd和Ni含量增加的來源（Robinson，2009）。

城市土壤特別容易遭受來自汽車尾氣、燃煤、垃圾焚燒等排放的重金屬累積的侵害。在農業生產中，（化學）肥料、廄肥和殺蟲劑的使用也導致土壤中重金屬的積累（Senesi et al，1999）。砷被用作農藥，因為它可能會持續數十年，果園土壤中砷的積累因此成問題（Walsh et al，1977）。對人體毒性最大的重金屬是那些本身沒有生物功能的破壞且通常影響大腦和腎臟的酶活性的物質，包括Cd，Pb，Hg和As（Hu，2002）。

2、有機化學品

有機化學物質在土壤中的累積也有自然和人為兩條積累途徑，許多有機化學物質是先沉積在空氣和水中，最終進入土壤中。有機化學品的土壤污染是所有國家的嚴重問題（Aelion，2009）。這些有機化學物質大部分來自農業應用的除草劑、殺蟲劑和殺線蟲劑（圖2）。

但是，有機化學品造成的土壤污染並不僅限於農業地區。由於工業活動、煤炭燃燒、機動車排放、垃圾焚燒以及污水和固體垃圾傾倒、城市地區的土壤也受到有機化學物質的污染（Leake，et al 2009）。

農業和城市地區都有包括來自市政和家庭化糞池系統廢棄物、農場動物廢棄物和其他生物廢棄物引起的有機化學品、金屬和微生物的複雜混合物的土壤污染（Pettry等，1973）。最近發現的一些健康問題，包括用於治療人類和家畜的抗生素、激素和抗寄生蟲藥物衍生的藥物廢物（Albihn，2001）。

圖2：農作物對農作物的應用是土壤系統中有機化學物質的一個來源。

照片由美國農業部NRCS的Jeff Vanuga拍攝

土壤中最常見的有機化學物質包括多鹵聯苯、芳香烴、殺蟲劑、除草劑、化石燃料和化石燃料燃燒的副產品（Burgess，2013）。這些有機化學物質在土壤的上層被高度稀釋，並且它們在與微生物反應中形成各種化學混合物。我們對這些化學混合物的健康影響的毒理學信息很少（Carpenter et al，2002）。對這些低濃度、化學混合物在土壤中的健康效應的研究非常有限（Feron et al，2002）。

由於許多有機化學品的半衰期很長，它們被稱為「持久性有機污染物」。這些持久性有機污染物是能夠抵抗在環境中的分解，並在食物鏈層層傳遞時呈現生物積累性。例子之一是1,1,1-三氯-2,2-雙（對氯苯基）乙烷（DDT），它被證明可以破壞猛禽的激素系統（Vega et al，2007）。

3、飄塵

空氣中的塵埃會影響人體健康，特別是當顆粒尺寸小於10微米時（即PM10，譯者注）（Monteil，2008）。吸入塵埃的主要直接健康效應是刺激呼吸道和疾病，如肺癌。空氣中的塵埃可能攜帶可能導致其他健康問題的其他物質，如病原體、有害氣體、有機化學物質、重金屬、昆蟲、花粉和放射性物質（Bartos et al，2009）。人類可以將含有毒物的空氣中的塵埃吸入肺部，毒物也可能通過這個渠道進入血液。此外，來自未鋪設（硬化）的道路和工地，以及裸露田地的農業耕作和風蝕的會向大氣中導入粉塵。

來自非洲的空氣的塵埃對北美土壤來說是一個重要的健康問題。來自撒哈拉沙漠和薩赫勒沙漠的塵雲沿著大西洋的信風吹來，非洲沙塵與北美洲土壤中Hg、Se和Pb的含量升高有關（Garrison et al，2003）。 1980年至2000年期間，美國哮喘病例增加了一倍多，而加勒比地區的哮喘病例也有所增加（Brevik，2013a），有研究初步認為來自非洲的空氣塵埃與北美地區哮喘增加有關（Monteil，2008）。

4、土壤病原體

圖3：女性軀幹明顯感染癬菌。這種感染是由土壤中發現的真菌紅色毛癬菌（Trichophyton rubrum）引起的。攝影：Lucille K. Georg / CDC

雖然在土壤中發現的大多數生物對人類無害，但土壤確實也是個許多致病生物的家園。細菌是土壤中種類最豐富的生物，它們在地球上的每片土壤中都能找到。大多數真菌是通過分解死亡的生物體來吸收營養物質的腐生菌，已知在超過100,000種總的真菌物種中約有300種土壤真菌物種會引起人類疾病（Bultman等，2005）（圖3）。例如，土壤真菌Exserohilium rostratum是造成美國2012年真菌性腦膜炎爆發的原因（Brevik＆Burgess，2013a）。

原生動物是單細胞真核生物。在土壤中發現的大多數原生動物以細菌和藻類為食，但一些原生動物導致人類寄生蟲病如腹瀉和阿米巴痢疾（Brevik，2013a）。

例如，蠕蟲是一種寄生在人體腸道、淋巴系統或其他組織中的寄生蟲。由蠕蟲引起的疾病需要一個非動物的發育地點或水庫進行傳播，而土壤是一個共同的發育地點。每年全球數十億人受到蠕蟲感染，每年約有13萬人死亡。蠕蟲感染途徑一般通過（口腔）攝入或皮膚滲透，並且在大多數情況下涉及腸道感染（Bultman等，2005）。

土壤不是病毒的天然儲庫，但病毒可在土壤中存活。通常通過人體膿液或污水廢物將致病病毒引入土壤。研究已經發現土壤中出現過導致結膜炎、胃腸炎、肝炎、小兒麻痹症、無菌性腦膜炎或天花的病毒（Hamilton et al，2007；Bultman et al，2005）。

5、水質和土壤

土壤影響人體健康的主要方式是通過其去除水中污染物的能力。當水通過孔隙時，污染物通過物理捕獲由土壤去除，通過化學吸附到固體表面，並通過生活在土壤中的微生物進行生物降解（Helmke＆Losco， 2013）。

對世界約40％的人口而言，飲用不潔凈的水源已經成為一個重大的健康問題，每年有數百萬人死於水源性疾病（Massoud et al，2009）。 人類可以利用土壤的凈化能力來解決廢水問題。 精心設計、妥善維護和運行的就地污水處理系統對降低人口密度低的地區的水傳播疾病的風險非常有效（Massoud et al，2009）。 美國有25％的家庭使用就地污水處理系統（如化糞池系統）來處理廢水（Katz et al，2011）。

近年來，利用土壤解決地下水污染問題一直是土壤科學研究中發展最快的領域之一（Brevik＆Hartemink ，2010）。

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