元素的天然富集与环境
发布网友
发布时间：2022-05-03 10:54
共1个回答
热心网友
时间：2022-06-19 05:02
元素的天然富集主要表现在地质历史时期元素在各种地质作用下发生的富集。这种富集可以形成矿产资源，但对于某些元素而言，又可产生明显的环境问题，影响人类健康。某些元素对环境的影响主要表现在环境中缺乏某种元素会对动植物、人体产生一定的不良影响，同时，如果过量又会产生中毒等严重后果。下面以硒为例说明元素的天然富集与环境的关系。
8.3.1.1 硒的地球化学特征及与健康的关系
硒是一种分散元素，也是人体必需元素。硒是动物机体所需的微量元素之一，至少有6种氨基酸（胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、甲基蛋氨酸、甲基胱氨酸等）含有硒，视网膜也需大量硒。硒含量不足或过多都会产生不良反应，只有适量的硒对人体健康有重要的促进作用。经过众多学者几十年的研究，对硒对人体的生理作用有了一定的认识，具体如下：
（1）硒对健康的贡献
1）抗氧化作用：一是硒直接参与细胞（或组织）抵抗氧自由基对细胞的氧化作用，保护细胞膜脂质不受损害；二是硒有直接猝灭和清除氧自由基的功能，减低活性氧自由基对人体细胞的攻击。硒可使有毒性的过氧化物还原为无害的物质，使过氧化物分解，清除自由基，保护细胞膜结构和功能，修复分子损伤部位，增强机体免疫力。
2）能提高人体免疫功能：硒可促进体内多种代谢活动，增强人体对病原体的抵抗能力。
3）硒在体内有拮抗和降低多种重金属的毒性作用，可与银、汞、铅、镉等重金属形成不溶性的物质，减轻这些元素对人体的毒副作用。
4）硒有很强的防治肿瘤作用。硒能阻断化学致癌物质亚*胺诱发DNA基因突变，防止某些癌症的发生。
（2）低硒与人体疾病
1）低硒与克山病：克山病是以心肌病为主的地方病，临床上分急性、亚急性、慢性和潜在型等4类，目前病因尚未完全弄清。但是，经我国专家多年研究发现，在硒水平适宜地区，从未有克山病发生的病例；相反，在低硒地区，克山病的发病率相当高。经对低硒地区人群的血、头发、尿中硒的检测发现，硒的含量都低于硒水平适宜地区。1965年西安医学院等单位首次用口服亚硒酸钠的方法来预防克山病。
2）低硒与大骨节病：大骨节病是一种变形性骨关节病，主要发生于青少年，严重地影响青少年骨的发育和成长，并使其日后劳动生活能力降低。经试验研究发现，在硒水平适宜地区也从未发现大骨节病病例，而在硒缺乏地区大骨节病的发病率较高，这说明大骨节病与硒缺乏有关，是缺硒地区的地方病。试验证明，补硒可以缓解大骨节病的病状，防止病情恶化，但是，不能有效控制大骨节病的发病率。即，低硒是大骨节病发生的因素之一，另外可能还有其他致病因子在大骨节病的发病上起主要作用。
3）低硒与癌症：中国学者1984～1990年在我国肝癌的高发区进行了调查研究，并进行了6年的补硒试验，结果表明，肝癌的发病率由补硒前的52.84%显著下降到补硒后的34.49%，肝癌死亡率与血硒水平呈负相关。河南林县进行了近3万人的补硒和同时补β胡萝卜素、维生素E的试验，结果发现，总癌死亡率下降13%，胃癌死亡率下降20%。但是，补硒并非对所有癌症都有效，试验证明，硒对食道癌无效，对皮肤癌效果不理想。
4）低硒与心脑血管疾病：在美国，发现食物中含硒低的地区，死于心脏病、中风及其他与高血压有关疾病的人数要比含硒高的地区约高3倍。这可能与硒具有维生素E同样的作用、能抑制体内过氧脂质的产生有关。
（3）高硒与人体疾病
人体对硒的认识是从中毒开始的。1934年美国农业部在本国的两个农业实验站发现，导致动物碱毒症的原因是吃了含硒量高的食物。1984年美国曾报告过13人吃了一种补硒“健康食品”而发生硒中毒的事故，其硒含量高于标签所示的182倍。受害者摄入的总硒量估计为27～2387mg。中毒病人出现恶心、呕吐、头发脱落、指甲变形、烦躁、疲乏和外围神经病变。20世纪60年代，在我国湖北省恩施市曾发生人食用高硒水果和粮食引起的中毒事件。中毒特征为头发、眉毛、指甲脱落，皮肤损伤，牙齿腐蚀和神经系统异常。
（4）人体膳食硒的需求量和安全摄入量
我国对硒与人体的关系研究，在国际上处于领先地位，杨光圻等进行的膳食硒安全量研究是迄今为止唯一的人体实验研究，他们在我国西南广大地区经过十多年的调查研究，积累了试验数据。后经中国营养学会提出中国人体膳食需求量和可耐受的最高摄入量分别为50μg/d和360μg/d。这个数据得到了联合国卫生组织的认可，美国等发达国家和一些发展中国家都以此数据制定了本国人体硒的需求量和最高摄入量。
建议在缺硒的省份采用地方法规使农产品富硒，通过膳食给人体补硒，进而防止人体硒缺乏，提高缺硒地区人民的身体健康。大蒜、海味食品、芝麻、小麦、玉米、大白菜、南瓜等含硒较多，缺硒者宜多食用。
我国对硒的研究源于地方病——大骨节病的研究，几十年来研究成果丰硕。众多学者在不同范围内对不同对象进行了研究，其中以李家熙和谭见安的研究时间最长，研究范围最广，研究深度更高。1989年谭见安经过多年研究提出了划分生态景观硒的界限值（表8.9）。国家环境保护局1994年制定了中国土壤中硒的环境质量标准（表8.10），对各级标准的适宜地区进行了限定。
表8.9 划分生态景观硒的界限值 （μg/g）
资料来源：《中华人民共和国地方病与环境图集》（谭见安，1989）。
表8.10 中国土壤中硒的环境质量标准 （μg/g）
∗资料来源：张东威，1994。
8.3.1.2 硒过量与环境问题
硒在环境中如果过度富集，就会造成严重的环境问题。我国最典型的硒过度富集的例子是湖北省恩施的部分地区。被誉为硒都的恩施自治州，地处湖北省西南，与重庆、湖南接壤。该地区地质环境中，除含有丰富的硒元素外，同时还伴随着高镉和高氟的存在，其水平均为我国土壤背景值的数十倍。该地区为燃煤型氟中毒严重流行区，硒中毒偶尔发生与流行。特别是硒中毒发生在一定的时间和一定的小地域环境中。恩施地区的硒中毒现象及原因得到了众多学者的关注及研究（毛大均等，1990，1993，1996，1997，1998，1999；李家熙等，2000；苏宏灿等，1990；张光第等，2001；牟素华等，2002，2005，2007）。以下综合前人的研究成果对湖北恩施地区的硒中毒现象及原因进行介绍。
（1）硒中毒流行概况
据调查统计，人硒中毒可上溯到1923年，至1987年后一直未见报道。1923～1987年共发生477例，其中70%病人集中在1959～1963年，90%以上病人集中分布在恩施市的沙地、新塘、双河3个区，尤以双河鱼塘坝村发病最为突出。当地1963～1964年间全村23人有19人发生中毒，牲畜因中毒全部死亡。其余少数病人分布在恩施来抚、巴东的南潭、后门，宣恩的沙坨等村。猪硒中毒在牲畜中最具代表性，1979～1987年间主要集中于宣恩沙坨，巴东南潭、后门村。无论是人或畜硒中毒，都是在特定时期、特定条件下集中在某一地区呈暴发流行。如人的硒中毒自20世纪60年代大规模暴发流行后，人群硒中毒现象已逐渐消失，猪的硒中毒还时有发生。
（2）硒中毒的因素
地质因素：硒中毒最根本的原因在于地质背景中硒的含量过高，也就是硒在相应的地质体中进行了过量的富集。研究表明，恩施硒中毒主要发生在有石煤的高硒环境地带。硒来源于石煤（硒含量均值为143.9mg/kg）。石煤风化释放硒至土壤，特别是出露表浅的高硒石煤给上覆地层造成影响。地层剖面分析表明。随着土层的加深直至成土母质（风化石煤）和母岩（石煤）含硒量逐级成倍增加。调查证实，恩施市有240个村为高硒区，总面积达2000km2。以估计的岩石风化速率计算，全州每年因石煤风化释放的硒至少有7722kg以上。由于地形地貌复杂，使高硒区的地层出露分布不具连续性，成点状、线状或小片状分布。因此，目前240个高硒村中只有12个村发生过硒中毒，其分布也呈点状或线状。
食物因素：食物因素在所有硒中毒病例中，无一例外全部是通过食物途径进入人体而引起中毒。在20世纪60年代硒中毒大规模暴发流行时，因连续3年自然干旱，农作物大面积歉收，居民食用主粮少，多以蔬菜、野菜充饥，蛋白质、脂肪摄入量大为减少，改变了原以大米为主的膳食结构。旱地的高硒玉米、蔬菜，特别是富硒的野菜使人体内硒摄入量增加，同时伴低碳水化合物、低脂肪、低蛋白质的膳食是流行区村民暴发硒中毒的直接原因。通过对高硒区植物硒含量的调查可见，许多野生植物具有很强的硒富集能力，如艾蒿、石生繁缕、包菜等，其中很多是当地居民可食用的野菜。因此，在3年自然灾害时期，居民除以少量高硒玉米为主食外，更多的是以野菜充饥，以致体内硒摄入过量，加之营养缺乏，导致局部硒中毒的大流行。
生态环境因素：自然生态环境破坏，致硒在局部土壤中剧增。如病情最为严重的鱼塘坝是四面环山的一块洼地，历史上四周山坡森林密集，1958年树木砍伐殆尽，致岩石裸露，几年风化后经1963年历史上一次特大暴雨袭击，雨水冲刷和地表水淋溶的搬运，使大量可溶性硒聚集于洼地土壤，造成农作物玉米硒的大量富集，当时土壤硒含量达6.32mg/kg，玉米中达34.98mg/kg，由此可见，森林植被的破坏增加了硒的淋溶搬运作用，致使硒在局部土壤中堆积，引起农作物粮食硒的增高是硒中毒暴发的因素之一。
耕作习俗因素：中毒区居民喜用石煤烟气熏土作肥料种植玉米，严重污染土壤，由此增加了旱作物，尤其是玉米中的硒含量。实验表明，原本富硒的土壤经燃烧石煤熏12h后总硒增加8.6倍，其中水溶性硒增加24.9倍。以熏土作肥种植试验结果表明，试验组硒均值是非熏土栽培组的6.7倍。恩施气候特点是阴雨绵绵，晴天较少。收获季节粮食往往不能如期晒干储存，就采用燃烧石煤的方式将粮食烘干储存。以致烘干的玉米中硒含量增加几十倍。此也是人畜硒中毒的原因之一。
水对硒中毒的影响：①水的迁移和淋溶作用，恩施降水丰富，多雨潮湿，强大的地表径流可减轻环境的硒容量，即使在石煤风化的残积景观和坡积景观单元生长的饲草硒含量也只有2mg/kg左右，因此，全州95%的高硒区没有发生人畜硒中毒，当硒因水迁移作用在尘洼地堆积时才有可能导致人畜硒中毒；②水环境中硒易与硫化铁结合，生物的利用度很小，当水田改为旱田后利用度则大大提高，同样的植物在含同量硒的土壤中，旱种比水培硒增加58.2%。因此，高硒环境下水培粮食较旱种粮食安全；③是否发生硒中毒还取决于当地土壤中总硒和水溶性硒的含量，特别是水溶性硒的含量。张光第（2001）的研究表明，即使在总硒低的情况下，有高水溶性硒存在时，也一定会发生硒中毒，因这种土壤长出的粮食硒含量高，说明土壤中的水溶性硒容易向植物中迁移。
8.3.1.3 硒不足与环境问题
最早研究硒是在调查研究地方病时开始的。1880年欧洲有些地区的幼畜患一种急性疾病，死亡率很高。后来这种病又在美国、加拿大、澳大利亚、土耳其、日本和我国东北及西南等地发现。此病的特点是幼畜生下来几天或几周后就患病死亡。主要表现为心力衰竭，最典型的是心肌内膜出现灰白色的坏死点，连骨胳、肌肉也出现坏死变白，因而称之为“白肌病”。直到1958年科学工作者才发现“白肌病”是由于牧草中缺硒所造成的。在饲料中投放亚硒酸钠，或给幼畜注射亚硒酸钠针剂，都收到了良好的效果。
克山病是一种以次心肌坏死为主要症状的地方病。虽然其早期症状不明显，但一旦发病往往出现急性或慢性心力衰竭、气短、呼吸困难、头晕、恶心、呕吐，严重者出现脉搏细弱、面色黄白、四肢冰凉、血压下降，如果抢救不及时，会在短短的几个小时内死亡。大骨节病是一种伴随有机体改变，进而造成四肢畸形的地方病。主要表现为关节软骨和骨石板软骨发生病变或坏死，影响骨骼生长，关节疼痛，肌肉萎缩，小脚畸形等，甚至失去劳动能力和生活自理能力。
克山病和大骨节病无论在地理分布上，还是病因及相关地理环境特征上都有相似之处。我国的发病区主要在北起大兴安岭的黑龙江畔，呈东北到西南走向或狭长状延伸至云南的澜沧江边，且刚好处于我国东南部季风湿润带和内陆干旱带之间的过渡带，包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、四川、云南、*等十几个省区。我国学者谭见安经过20年的研究，认为地理环境中缺硒的“缺硒说”及补硒防病产生的主要作用已为人们所公认。他通过研究认为，克山病和大骨节病多分布于地质剥蚀区以及历史上上升运动与下降运动的交接与过渡地带。如低山丘陵和山前倾斜平原之间，剥蚀地形与堆积地形的过渡带，区域性的分水岭两侧或四周，地形低洼区如山间盆地、洼地、平原的闭流洼地、流水不畅的低地等。如大兴安岭病区主要位于大兴安岭东坡的丘陵和山前平原一带，小兴安岭的病区主要分布在剥蚀丘陵和山前堆积平原，黄土高原病区主要分布在黄土高原与渭河冲积平原过渡带的黄土丘陵区，云贵川病区主要分布在大巴山、横断山与云贵高原四川盆地的接合部位。这些地区的突出特点是地表元素淋失严重，并导致水土缺乏硒、锶等微量元素。如四川西部和北部地区主要是紫红色泥岩、砖红色砂岩、紫红色粉砂岩等，岩石本身的硒含量就很低，平均为0.05ng/g；在此基础上发育的紫色土同样处于低硒状态，一般为0.10～0.15ng/g。川西和藏东地区的土壤主要是山地棕壤和棕色灰化土，因为属于湿润地区，淋滤作用强，表土呈弱酸性，易溶盐基本淋失殆尽，尤其是硒流失后导致植物及动物直至人体缺硒。大兴安岭东坡山前丘陵和平原一带，气候湿润，年降雨量大于600mm，属于元素的强烈淋滤流失区。居民饮用坡积层、洪积层或基岩风化壳中潜水。这类潜水具有偏酸性，硬度低，矿化度低，常呈黄绿色、铁锈色、茶色，甚至带有腥味，因此发病率高。
