全 文 ：秦巴山区生态环境对当地居民毛发中
微量元素的影响*
高云芳* *
张小燕
张富昌
( 1 西北大学生命科学学院化学工程学院应用心理研究所, 西安 710069)
摘要
测定了秦巴山区 136 例健康儿童及 22 例成人毛发中 Zn、Fe、Ca、Cu、Mg、Al、Se、Mn、Pb、Cr 共 10
种微量元素的含量, 结果表明,在所测 10 种元素中,除 Mg 外,其余 9种元素均有不同程度的缺乏或超标,
其中 Al、Mn 与Cr含量严重超标 ,其均值分别是正常含量上限的 2
04、1
67 及2
07 倍,超标人数比例分别
高达 83
54%、77
85%和 72
78% ; Zn 和 Se含量均值则比正常含量下限低, 仅为正常含量下限的 91
96%
和 68
33% ,缺乏人数比例分别为 69
62%和 79
11% .结合当地的生态环境与地球化学背景,对微量元素
缺乏或超量的原因及危害进行了分析.
关键词
微量元素
毛发
秦巴山区
生态环境
地球化学
文章编号
1001- 9332( 2005) 02- 0355- 05
中图分类号
R188
文献标识码
A
Effects of ecological environment in Qinba Mountains on hair trace element contents of local inhabitants. GAO
Yunfang , ZHANG Xiaoyan, ZHANG Fuchang( Nor thwes t Univer sity , X i! an 710069 China ) . Chin . J . A pp l .
Ecol . , 2005, 16( 2) : 355~ 359.
Determinations of Zn, Fe, Ca, Cu, Mg, A l, Se, Mn, Cr and Pb contents in t he hairs of 136 children aged 0~ 13
and of 22 adults in the Q inba Mountains showed that the contents of test trace elements except Mg were abnor
mal in differ ent degrees. T he Al, Mn and Cr contents w er e highly excessive, their mean values being 2. 04, 1. 67
and 2. 07 times as the highest value of normal range, and the people excessive in three elements occupied
83
54% , 77. 85% and 72. 78% , respect ively. On the other hand, Zn and Se contents w ere in shortage, w ith the
mean values being only 91. 96% and 68. 33% of the lowest value of normal range, and the people deficient in Zn
and Se occupied 69. 62% and 79. 11% , respectively . Based on the local environmental g eochemistry, this paper
analy zed the possible causes o f this abnormal status in trace elements and its harm.
Key words
T race element, Hair, Q inba mountains, Environmental g eochemistry.
* 国家科技部∀九五#科技计划( 969201109)、陕西省自然科学基金
项目 ( 98SM04 ) 和陕西省教育厅重点科研基金资助项目 ( No.
00JK009) .
* * 通讯联系人.
2003- 07- 23收稿, 2004- 04- 19接受.
1
引

言
人发微量元素是研究环境与健康的常用指标,
国际原子能机构已将人发确定为环境污染的监测
器.秦巴山区是国内生态环境极具多样性与特殊性
的地区之一,也是地方病及弱智病症高发区, 该地区
儿童弱智患病率为 2
78%, 显著高于 1
20%的全国
平均水平[ 18, 25, 30] ,有关秦巴山区弱智儿童病因的研
究显示, 产前、产中与产后因素占 34
29% , 不明病
因占 65
71% ,这与 1988年全国流行病学调查中病
因已明占 78
1%、病因不明占 21
9%的结果大为不
同[ 27] .为了掌握当地儿童微量元素的营养状况, 探
讨秦巴山区生态环境对当地居民微量元素营养的影
响,特别是与当地儿童弱智患病率较高的可能关系,
我们测定了位于秦巴山区的宁强县 136例健康儿童
及22 例成人毛发中的 Zn、Fe、Ca、Cu、Mg、Al、Se、
Mn、Cr、Pb共 10种微量元素的含量, 对不同年龄组
的微量元素含量进行了统计分析,对其缺乏或超量
的原因及危害进行了分析,对弱智与微量元素的可
能关系进行了探讨.
2
研究地区与研究方法
2
1
自然概况
宁强县位于陕西省西南角, 地处 105∃20%10& ~ 106∃35%
18&E、32∃37%06& ~ 33∃12%42&N, 秦岭横亘于北, 巴山绵延于
南,是个∀ 八山一水一分田#的低中山区县, 全县最高海拔 2
103 m, 最低点 52
0 m,总面积 3282
73 km2 .
在大地构造上宁强县位于杨子板块最北缘, 处于秦岭褶
皱带东南部与扬子准地台北部外缘区过渡地带, 由归属秦岭
褶皱带和归属扬子准地台的南大巴山台隆褶皱带组成.区内
断裂、褶皱发育,岩石裸露, 具有十分典型的山区地形地貌特
征.
2
2
检测对象
应 用 生 态 学 报
2005 年 2 月
第 16 卷
第 2 期






























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Feb. 2005, 16( 2)∋355~ 359
收集宁强县烈金坝乡 0~ 13 岁健康儿童头发 136 例, 14
~ 31 岁 22 例, 检测对象均为该乡常住人口.
2
3
检测方法
贴近脑枕部剪取头发约 2 g, 中性洗涤剂清洗后, 自来
水、蒸馏水、无离子水顺序冲洗并烘干.用于测 Se的样品, 经
硝解后采用原子吸收法测定.其余样品, 均灼烧后酸溶定容.
Zn、Fe、Cu、Ca、Mg 5 种元素采用火焰原子吸收法测定; Mn、
Cr、Pb 采用石墨炉原子吸收法测定; A l采用等离子光谱测
定.方法优选和微量元素测定均由陕西省微量元素研究所专
业人员完成 ,每种微量元素的测定均设立质量控制标样, 并
用人发标准物质对各测定方法的准确度进行检验.
3
结果与讨论
3
1
毛发中 10种微量元素的测定结果
毛发中 10种微量元素的测定结果见表 1.从测
定结果来看, Mg 的营养状况最为理想, 158例样本
中,无一例超量或缺乏,其余 9种元素则有不同程度
的超量或缺乏, 其中 Al、Mn 与 Cr 含量严重超标,
其均值分别是正常含量上限的 2
04、1
67 和 2
07
倍, 超 量 比 例 分 别 高达 83
54%、77
85% 和
72
78% ; Se、Zn、Cu、Ca 与 Fe 则以缺乏为主, 其中
Zn和 Se 含量均值均比正常含量的下限低,仅为正
常含量下限的 91
96%和 68
33%,其缺乏比例分别
为 69
62%和 79
11% .
3
2
宁强县境内生态环境地球化学背景与毛发中
微量元素的关系
表 1
秦巴山区 158例毛发中 10种微量元素的测定结果
Table 1 Concentrations of hair trace elements of 158 persons in Qinba Mountains ( ( 10- 3 mol)kg- 1)
微量元素
T race elements
x ∗ s
( n= 158)
变化范围
Range
正常范围
Normal range
缺乏比例
Def icient proport ion
超量比例
Excessive proport ion
Cu 0
1602 ∗ 0
0584 0
055~ 0
5 0
148~ 0
359 70/ 158 1/ 158
Pb 0
0505 ∗ 0
048 0
005~ 0
322 0
027~ 0
058 51/ 158 40/ 158
Zn 1
6271 ∗ 0
6015 0
492~ 3
923 1
769~ 2
923 110/158 11/ 158
Ca 13
4598 ∗ 10
2181 3
5~ 75
675 8
75~ 25 54/ 158 14/ 158
Mg 4
2487 ∗ 1
8743 1
667~ 14
292 1
25~ 16
667 0 0
Fe 0
5581 ∗ 0
2952 0
168~ 1
432 0
357~ 0
804 47/ 158 29/ 158
Mn 0
3336 ∗ 0
2211 0
053~ 1
336 0
013~ 0
2 0 115/ 158
S e 0
0051 ∗ 0
0036 0
0001~ 0
014 0
008~ 0
025 125/158 0
Cr 0
0795 ∗ 0
0489 0
0001~ 0
254 0
0025~ 0
038 5/ 158 123/ 158
Al 1
1358 ∗ 0
6138 0
078~ 4
507 < 0
556 0 132/ 158
表 2
宁强县及全国平均地球化学背景
Table 2 Environmental geochemistry background values of Ningqiang
County and China
微量元素
T race
elements
当地地球化学背景值
Local backg round value
of geochemistry
全国地球化学背景值(平均值)
Mean backg round value of
g eochemist ry in China ( x )
Cu 24
31~ 29
77 mg)kg - 1 22
68 mg)kg- 1
Pb 21
84~ 32
25 mg)kg - 1 24
73 mg)kg- 1
Zn 77
90~ 88
95 mg)kg - 1 69
07 mg)kg- 1
Ca 1
77%~ 3
00% 2
20%
M g 0
90%~ 1
13% 0
93%
F e 3
78%~ 4
34% 3
08%
M n 840~ 963 mg)kg- 1 645 mg)kg- 1
Se 无Np 无 No
Cr 77
37~ 92
86 mg)kg - 1 58
00 mg)kg- 1
Al 7
10%~ 7
46% 6
52%


在所测 10种元素中, Mg 是唯一无人缺乏或超
量的元素, 当地 Mg 的地球化学背景值为 0
90 ~
1
13%,全国平均值为 0
93% , 属中值区[ 17] . 其余
九种元素均有不同程度的缺乏或超标,其中 Al、Mn
与Cr 的含量严重超标, 从当地的地球化学背景来
看, Al、Mn 与 Cr 均高于全国平均值, 属于高 Al、高
Mn与高Cr背景#[ 17] .从土壤地球化学类型来看, 当
地土壤主要属 E1普通铁硅铝型土壤, 这种土壤的
风化作用和元素迁移较强烈, 易溶盐、碳酸钙和大部
分岩基易淋失,铁、铝相对富集, 土壤中的标志元素
是H、Al、Si、Fe 和 Mn[ 17] , 当地人群毛发中的高 Al
与高 Mn可能是高 Al、高 Mn地球化学背景与富含
Al、Mn的土壤共同作用的结果. 此外, 土壤中 Fe相
对富集,但 Fe的地球化学背景属中值区[ 17] , 所测毛
发中 Fe的平均含量则属于正常范围.


毛发中 Zn和 Se的平均含量比正常含量的下限
低,仅为正常含量下限的 91
96%与 68
33%. 当地
尚无有关 Se的地球化学资料,但宁强历史上属于地
克病(一种与 Se缺乏有关的地方病)流行区, 此次测
定结果表明, 当地人毛发中的低 Se与地克病的流行
存在因果关系. Zn的地球化学背景值高于全国平均
水平,属于∀高 Zn背景# [ 17] , Zn 的较大面积缺乏应
与当地的地球化学背景无关, 是 9种元素中唯一与
当地的地球化学背景无关的元素.
人发中微量元素的含量既反映了社会和经济等
方面的定量信息, 又揭示了不同地理区域与景观的
地理分布规律和特点. 秦巴山区农民基本上以当地
生产的农产品为主要食物来源, 食物中的微量元素
来源和含量水平又主要取决于当地的自然地理因
素,因此, 毛发中微量元素与当地生态环境、地球化
356 应
用
生
态
学
报

















16卷
学背景及自然地理因素有较好的相关度.
3
3
年龄与毛发中微量元素的关系
从各年龄组来看(表 3~ 6) : 1) Zn 与 Ca 的含
量均呈现出随年龄逐渐升高的态势,缺乏比例逐渐
降低, 0~ 3岁组的 Zn 含量显著低于整体水平与青
年组( P< 0
01) , 缺乏比例高达 79
31% ,显著高于
整体的 69
72%与青年组的 40
91%; Ca含量从低
龄组( 0~ 3岁)到青年组( 14~ 31岁)逐渐升高,青年
组的 Ca 含量显著高于整体水平与低龄组 ( 0 ~ 3
岁) ,其差异均非常显著( P< 0
01) , 缺乏比例也从
整体的 34
18%、低龄组( 0~ 3岁)的 41
38%降至
青年组的 13
64%, 显然,这与生长发育期机体对 Zn
与Ca的需求较高有关, 因此 Zn与 Ca的补充应以
低龄组为重点. 2)青年组( 14~ 31岁)的 Fe含量显
著低于整体水平, 差异极其显著 ( P< 0
01) , Fe 缺
乏比例也从整体的 29
75% 升至 54
55%, 也就是
说,从低龄组到青年, Fe与 Zn、Ca含量的变化趋势
相反,这一结果与马威等( 2002)关于这三个元素的
测定结果相一致; 3)青年组( 14~ 31岁)的 Pb与 Al
含量均显著低于整体水平( P< 0
01) ,这一结果与
马威等[ 20]关于 Pb 含量随年龄增加呈高低高的 U
型趋势相吻合,但青年组的 Pb与 Al含量为什么会
显著低于儿童,其原因尚不明了, 一般认为,这可能
是因为儿童的骨骼易吸收 Pb, 而微量的 Pb能刺激
骨骼生长.
表 3
秦巴山区 0~ 3岁儿童毛发中微量元素的浓度
Table 3 Concentrations of hair trace elements of children aged 0~ 3 in Qinba Mountains ( ( 10- 3mol)kg- 1)
微量元素
T race elements
x ∗ s
( n= 58)
变化范围
Range
正常范围
Normal range
缺乏比例
Def icient proport ion
超量比例
Excessive proport ion
Cu 0
1592 ∗ 0
0542 0
073~ 0
311 0
148~ 0
359 28/58 0
Pb 0
0526 ∗ 0
046 0
007~ 0
278 0
027~ 0
058 13/58 14/ 58
Zn 1
3568 ∗ 0
5463 0
846~ 3
923 1
662~ 2
231 46/58 4/ 58
Ca 10
7017 ∗ 5
2225 3
75~ 31
48 8
75~ 25 24/58 1/ 58
Mg 3
8743 ∗ 1
5896 1
667~ 7
5 1
25~ 16
667 0 0
Fe 0
5706 ∗ 0
3213 0
175~ 1
432 0
357~ 0
804 19/58 11/ 58
Mn 0
3788 ∗ 0
2384 0
053~ 1
227 0
013~ 0
2 0 45/ 58
S e 0
0054 ∗ 0
004 0
0001~ 0
014 0
008~ 0
025 42/58 0
Cr 0
0804 ∗ 0
0579 0
0002~ 0
254 0
0025~ 0
038 4/ 58 44/ 58
Al 1
1413 ∗ 0
6493 0
115~ 4
507 < 0
556 0 49/ 58
表 4
4~ 8岁儿童毛发中微量元素的浓度
Table 4 Concentrations of hair trace elements of children aged 4~ 8 in Qinba Mountains ( ( 10- 3mol)kg- 1)
微量元素
T race elements
x ∗ s
( n= 45)
变化范围
Range
正常范围
Normal range
缺乏比例
Def icient proport ion
超量比例
Excessive proport ion
Cu 0
1636 ∗ 0
0758 0
069~ 0
5 0
148~ 0
359 20/45 1/ 45
Pb 0
0467 ∗ 0
0316 0
011~ 0
135 0
027~ 0
058 13/45 14/ 45
Zn 1
7508 ∗ 0
6093 0
662~ 3
492 1
97~ 2
538 29/45 5/ 45
Ca 11
614 ∗ 8
6375 3
5~ 55
625 8
75~ 25 18/45 2/ 45
Mg 4
4852 ∗ 2
0968 2
083~ 14
292 1
25~ 16
667 0 0
Fe 0
6352 ∗ 0
3098 0
168~ 1
409 0
357~ 0
804 8/ 45 12/ 45
Mn 0
3198 ∗ 0
1906 0
073~ 0
787 0
013~ 0
2 0 33/ 45
S e 0
0050 ∗ 0
0088 0
0005~ 0
013 0
008~ 0
025 35/45 0
Cr 0
0804 ∗ 0
0478 0
0002~ 0
181 0
0025~ 0
038 1/ 45 34/ 45
Al 1
2265 ∗ 0
6342 0
159~ 4
070 < 0
556 0 40/ 45
表 5
9~ 13岁儿童毛发中微量元素的浓度
Table 5 Concentrations of hair trace elements of children aged 9~ 13 in Qinba Mountains ( ( 10- 3mol)kg- 1)
微量元素
T race elements
x ∗ s
( n= 33)
变化范围
Range
正常范围
Normal range
缺乏比例
Def icient proport ion
超量比例
Excessive proport ion
Cu 0
1643 ∗ 0
0518 0
079~ 0
298 0
148~ 0
359 12/33 0
Pb 0
0679 ∗ 0
0723 0
009~ 0
322 0
027~ 0
058 11/33 11/ 33
Zn 1
8019 ∗ 0
5859 0
8~ 3
4 2
054~ 2
923 26/33 2/ 33
Ca 13
8455 ∗ 8
4974 5
05~ 42
35 8
75~ 25 9/ 33 3/ 33
Mg 4
2715 ∗ 2
1687 42~ 336 1
75~ 14 0 0
Fe 0
5455 ∗ 0
2497 0
196~ 1
118 0
357~ 0
804 8/ 33 6/ 33
Mn 0
2985 ∗ 0
1713 0
082~ 0
891 0
013~ 0
2 0 24/ 33
S e 0
0049 ∗ 0
0029 0
0006~ 0
014 0
008~ 0
025 30/33 0
Cr 0
0859 ∗ 0
0393 0
022~ 0
164 0
0025~ 0
038 0 29/ 33
Al 1
2195 ∗ 0
5162 0
396~ 1
944 < 0
556 0 30/ 33
3572 期










高云芳等:秦巴山区生态环境对当地居民毛发中微量元素的影响











表 6
14~ 31岁年龄组毛发中微量元素的浓度
Table 6 Concentrations of hair trace elements of children aged 14~ 31 in Qinba Mountains( ( 10- 3 mol)kg- 1)
微量元素
T race elements
x ∗ s
( n= 22)
变化范围
Range
正常范围
Normal range
缺乏比例
Def icient proport ion
超量比例
Excessive proport ion
Cu 0
1501 ∗ 0
0349 0
055~ 0
241 0
148~ 0
359 10/22 0
Pb 0
0266 ∗ 0
0176 0
007~ 0
068 0
027~ 0
058 14/22 1/ 22
Zn 1
8245 ∗ 0
5199 0
492~ 2
862 1
769~ 2
923 9/ 22 0
Ca 23
9682 ∗ 17
2122 4
45~ 75
675 8
75~ 25 3/ 22 8/ 22
Mg 4
7178 ∗ 1
5129 1
958~ 7
667 1
25~ 16
667 0 0
Fe 0
3875 ∗ 0
1759 0
179~ 0
679 0
357~ 0
804 12/22 0
Mn 0
2953 ∗ 0
284 0
067~ 1
336 0
013~ 0
2 0 13/ 22
S e 0
0052 ∗ 0
0039 0
001~ 0
013 0
008~ 0
025 18/22 0
Cr 0
0657 ∗ 0
0366 0
027~ 0
144 0
0025~ 0
038 0 16/ 22
Al 0
8111 ∗ 0
5330 0
078~ 1
770 < 0
556 0 13/ 22
3
4
毛发中微量元素含量异常的可能原因与危害
有关微量元素营养的研究表明, 微量元素超量
引发的危害比微量元素缺乏有过之而无不及, 高
Al、高 Cr与高 Mn对机体的有害影响已被大量动物
实验及职业病研究所证实[ 1, 9] , 特别是过量的 Al、
Cr、Mn 均有神经毒性, 对儿童智力发育有不良影
响,其中Al的神经毒性以及 Al与智力尤其是与老
年痴呆的关系已成为科普常识[ 3, 19, 21] ; Cr被国际癌
症研究机构 IARC( Internat ional Agency for Research
on Cancer)列为 2B 级致癌物, 且 Cr 有明显的基因
毒性,对儿童学习能力也有显著不良影响,铬酸盐工
人后代的智力水平低于对照组[ 5, 7] ; M n是胆碱酯酶
抑制剂,体内 Mn的蓄积会引起乙酰胆碱潴留,使中
枢神经元兴奋性扩散,注意力不易集中,学习能力下
降[ 12, 19, 26, 28] ,显然, 秦巴山区儿童机体的高 Al、高
Cr 与高 Mn状态与当地弱智儿童较多有关.
Zn 是机体必需的微量元素, 也是较易引起缺乏
症的微量元素. 缺 Zn 会导致食欲不振、味觉减退、
生长发育迟缓、智力差、免疫力低下及性器官发育不
良等[ 2, 10, 15] . 有研究表明, 优秀学生具有发 Zn 高的
特点 , 而 差 生 的 毛 发 则 具 有 Zn 低 Fe 高 的
特点, 弱智儿童则具有高发 Mn、低发 Zn 的特
点[ 3, 4, 11, 14~ 16, 19, 22] ,因此, 秦巴山区儿童尤其是低
龄组的低发 Zn可能对其智力发育有不良影响.
Se是一种半金属元素, 也是人体必需的微量元
素,主要作为谷胱甘肽过氧化酶的组成部分而发挥
作用, 缺 Se会导致心肌病变, 克山病即缺 Se所致,
近年的相关研究显示, Se具有抗氧化、抗衰老、提高
免疫力及防治心血管疾病与癌症等多方面的作用,
此外, Se 还可以拮抗和降低 Hg、Cd、As、Cr 等有毒
元素的毒性[ 6, 8, 24, 29] , 据此, 毛发中的高 Cr 可能与
低 Se 有关. 对有毒元素进行排出性治疗的同时, 补
Se可以拮抗 Cr 的吸收, 降低高 Cr 对机体的毒害.
在所测十种微量元素中, 多种重金属元素严重
过量及 Zn 与 Se 的大面积缺乏, 应当引起高度重
视.秦巴山区是我国的主要贫困地区之一,也是全国
地甲病、克汀病及弱智等地方病的高发区,其弱智人
发生率为 2
78% , 远高于全国的 1
2%, 多年来, 补
碘一直是当地防治地方病的首要任务, 但据我们和
其它学者对秦巴山区 4~ 14岁儿童的碘营养调查,
其尿碘值远高于国家补碘推荐切点值[ 23] ,秦巴山区
的柞水县是全国弱智发病率最高( 10
86% )的地区,
当地儿童碘营养良好, 但毛发中的 Al与 Mn的含量
严重超标[ 18, 25] , 此次宁强地区的实验结果也提示,
秦巴山区弱智率高居不下, 与碘营养无关,可能主要
与当地儿童的高 Al高 Cr 及高 Mn有关,特别是 Al
与 Mn, 为什么会有大面积、多种重金属严重超量?
这极可能与当地的生态环境及地球化学背景有关.
鉴于Al、Mn等元素超标对人体、尤其是对儿童身体
和智力发育的严重危害, 作者强烈建议对当地的水
源与主要食物进行相关检测,以尽早采取相应措施.
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作者简介
高云芳, 女, 1958 年生,副教授, 西安交通大学生
理学博士研究生, 主要从事生理生态学研究, 已发表论文 30
余篇. Email: gaoyunfang@sina; comgaoyunf@ nwu. edu. cn
3592 期










高云芳等:秦巴山区生态环境对当地居民毛发中微量元素的影响