第一章 土壤與肥料中的潛在有害因子

第一節 三聚氰胺

一、三聚氰胺的基本性質

三聚氰胺（Melamine），簡稱三胺，又稱密胺、三聚氰酰胺、氰脲三酰胺，是一種三嗪類含氮雜環有機化合物。三聚氰胺及其同系物的結構式如圖1-1所示。

三聚氰胺最早于1834年由德國化學家von Liebing J采用雙氰胺法合成，分子式C3N6H6, C3N3（NH2）3，分子量為126.12，是一種白色單斜棱晶體。無味，在常壓下，354℃下可分解。能溶于甲醛、乙酸、熱乙二醇、甘油、吡啶，微溶于水、乙醇，不溶于乙醚、苯和四氯化碳。

通常情況下三聚氰胺性質較穩定，但在高溫下會分解，釋放出氰化物、氮氧化物和氨等有毒物質。由于其呈弱堿性（pH=8），故能與大多數酸反應，形成三聚氰胺鹽。在中性或微堿性情況下，與甲醛發生縮合反應，生成羥甲基三聚氰胺。在微酸性條件下（pH值5.5 ～6.5），與羥甲基的衍生物發生縮聚反應，生成樹脂產物。三聚氰胺遇到強酸或強堿水溶液，會發生水解反應，氨基逐步被羥基取代，先生成三聚氰酸二酰胺，進一步生成三聚氰酸一酰胺，最終生成三聚氰酸，這三者均為三聚氰胺的同系物。

三聚氰胺本身毒性較小，1994年國際化學品安全規劃署和歐洲聯盟委員會合編的《國際化學品安全卡手冊》第三卷說明：長期或反復大量攝入三聚氰胺可能對腎與膀胱產生影響，導致產生結石。

三聚氰胺是一種用途廣泛的基本有機化工中間產品，最主要的用途是作為生產三聚氰胺/甲醛樹脂（MF）的原料，部分亞洲國家也用來制造化肥。該樹脂硬度比脲醛樹脂高，不易燃，耐水、耐熱、耐老化、耐電弧、耐化學腐蝕，有良好的絕緣性能、光澤度和機械強度，廣泛用于木材、塑料、涂料、造紙、紡織、皮革、電氣、醫藥等行業。其用途主要有以下幾個方面：

（1）裝飾貼面板：可制成防火、抗震、耐熱的層壓板，色澤鮮艷、堅固耐熱的裝飾板，作飛機、船舶和家具的貼面板及防火、抗震、耐熱的房屋裝飾材料。

（2）涂料：用丁醛、甲醇醚化后，作為高級熱固性涂料、固體粉末涂料的膠聯劑，可制作金屬涂料和車輛、電器用高檔氨基樹脂裝飾漆。

（3）模塑粉：經混煉、造粒等工序可制成密胺塑料，無毒、抗污，潮濕時仍能保持良好的電氣性能，可制成潔白、耐摔打的日用器皿、衛生潔具和仿瓷餐具，電器設備等的高級絕緣材料。

（4）紙張：用乙醚醚化后可用作紙張處理劑，生產抗皺、抗縮、不腐爛的鈔票和軍用地圖等高級紙。

（5）三聚氰胺——甲醛樹脂與其他原料混配，還可以生產出織物整理劑、皮革鞣潤劑、上光劑和抗水劑、橡膠粘合劑、助燃劑、高效水泥減水劑、鋼材氮化劑等。

二、三聚氰胺及其同系物的生理毒性

2007年3月，含有中國進口蛋白粉的寵物食品在美國引發貓狗死亡，始作俑者就是三聚氰胺。2008年8月，我國爆發的三聚氰胺奶粉制品事件涉及的面之廣，性質之惡劣，危害之大到了令人發指的地步。2010—2011年三聚氰胺竟“重現”，又有多家企業因涉嫌生產、銷售三聚氰胺超過國家標準的乳制品被監管部門依法查處，甚至還有報道廣東潮安縣幾家食品公司曾經購入含三聚氰胺的問題奶粉來加工奶糖等食品。

三聚氰胺為何會出現在食品當中呢？蛋白質主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過30%，平均含氮量為16%。各個品牌奶粉中蛋白質含量為15%～20%，如以18%計算，含氮量為2.88%。而三聚氰胺含氮量為66.6%，是蛋白質平均含量的4.16倍，牛奶的151倍，奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1g三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質。食品工業歷來通用的蛋白質測試方法為凱氏定氮法，通過測定總氮來估算蛋白質含量。這種方法只能知道氮的總量，不能識別氮的來源和氮源的種類，正是由于食品和飼料工業蛋白質含量測試方法的缺陷，給不法商人留下了制造偽劣食品的空間。三聚氰胺是一種白色結晶粉末，沒有什么氣味和味道，摻雜后不易被發現，常被不法商人用作食品添加劑，以冒充食品中的蛋白質，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精”。

然而，大量研究發現，三聚氰胺及其同系物對人和動物的危害不容忽視。

（1）對泌尿系統的毒性

三聚氰胺進入體內后主要通過腎臟排泄，血液經濾過、重吸收到最后形成終尿大約要經過1000倍濃縮，三聚氰胺被濃縮后達到一定程度就可以與其在體內分解后形的三聚氰酸形成結晶結構，損害腎臟，最終導致腎功能衰竭，所以有很強的腎臟毒性。三聚氰胺在動物體內的代謝方式是一種惰性代謝，主要以原體的形式經尿液排出體外。有研究表明，三聚氰胺和三聚氰酸對年幼的大鼠較年長的大鼠產生更為嚴重的腎損傷和更多的結晶沉積，且雄性大鼠較雌性大鼠更易發生腎損傷和腎結晶沉積。也就是說對年幼的、雄性的大鼠發生腎結晶沉積和腎功能衰竭的危險性更高。此外，曾有人對不同性別、尿液pH值等因素對形成三聚氰胺相關結石風險進行研究，結果顯示，男性以2.4∶1的比例較女性易發生腎結石；酸性尿液與正常尿液以1.78∶1的比例較正常尿液增加了產生三聚氰胺相關腎結石的風險。

王玉燕等人發現大鼠每日染毒25mg/kg 體重，5周后腎臟由于結晶體的擠壓使腎組織嚴重缺血呈土黃色沙石樣改變。對狗的慢性毒性研究發現，三聚氰胺能導致腎纖維化，遠曲小管和集合管上皮增生、擴張，同時還導致甲狀腺萎縮和淋巴細胞浸潤，此外還可引起鈣質沉著等。Chen等利用大鼠對三聚氰胺和三聚氰酸混合物進行了3個月的亞慢性毒性檢測，也發現了腎臟中混有壞死細胞碎片及炎性細胞。Park D等經研究證實，三聚氰胺和三聚氰酸混合攻毒時具有很強的劑量依賴性，劑量達到400mg/kg時腎毒性加劇，會引起急性間質性腎炎、腎小管嚴重擴張、腎小球萎縮。蔡仕彬等研究了三聚氰胺在SD大鼠胚胎發育過程中對胎鼠腎的致病性，發現三聚氰胺通過胎盤屏障進入胎鼠體內，沉積在腎臟，對胎鼠腎生長發育具有損傷作用，損傷主要在腎小管和腎間質，也有研究認為三聚氰胺或三聚氰酸對成年鼠的腎毒性大于新生鼠。Reimschuessel R等研究發現鰓魚和鱒魚對三聚氰胺和三聚氰酸也較為敏感，而且由于魚類排泄較哺乳動物慢，所以受損害更嚴重。

黃新鳳等在病理學檢測中發現三聚氰胺高劑量組可引起膀胱組織瓣膜下水腫、血管擴張，局部可見瓣膜上皮脫落，部分膀胱組織可見膀胱內沉積物，證明其攻毒后對實驗動物膀胱的毒性。

（2）對消化系統的毒性

一般認為三聚氰胺在胃內可能由胃酸催化，部分水解生成三聚氰酸，再吸收入血發揮其毒性到達各臟器發揮其毒性。經檢測三聚氰胺在血中、肝內和血漿中的濃度基本相同，說明其是在體液中分布的，并不在肝臟中代謝。但研究還是發現蛋雞飼料中單獨添加10～30mg/kg三聚氰酸會使肝細胞腫大、出現空泡變性。謝志輝等研究發現，隨著三聚氰胺與三聚氰酸混合劑量的升高，Bax 蛋白表達量逐漸增多，且三聚氰胺與三聚氰酸混合高劑量情況下能誘導肝細胞發生凋亡。調控肝細胞凋亡的基因主要為Bax、Caspase-3，而凋亡抑制基因Bcl-2則與三聚氰胺和三聚氰酸誘導小鼠肝細胞凋亡的調控無關。通過對小鼠肝臟解剖可見，混合劑量越大，肝臟組織發生病變越嚴重。

（3）對神經系統的毒性

江泉觀等發現大鼠連續4個月以上吸入三聚氰胺會出現中樞神經系統功能紊亂。在體外試驗中，Wang Y等研究了三聚氰胺及其混合物對大鼠海馬神經元細胞的影響，發現不僅混合物會損害神經細胞，甚至低水平的三聚氰胺對培養的海馬神經元細胞也會產生損傷。Han YG等評估了三聚氰胺對已分化PC12神經細胞的影響，結果表明三聚氰胺引起早期細胞凋亡主要濃度范圍是33～3300mg/L，并呈濃度依賴性，在3300mg/L以下幾乎不會引起分化的PC12細胞壞死，并認為三聚氰胺通過引起細胞凋亡來抑制分化的PC12細胞的增殖，并且氧化應激參與了這一過程。

（4）對生殖系統的毒性

Yin等研究發現，三聚氰胺及其與三聚氰酸混合均對小鼠的睪丸有一定的毒性作用，表現在生精細胞層數減少，核腫大、溶解且染色不均。此外，曲精小管某些部位的精子數減少或無成熟的精子，并導致睪丸間質細胞和各級生精細胞的形態結構發生了改變。三聚氰胺及其與三聚氰酸混合均可以誘導小鼠睪丸生精細胞發生凋亡，且二者混合較三聚氰胺單獨作用毒性更強。Chang等研究發現三聚氰胺及其與三聚氰酸混合作用均會使精子畸形率明顯升高（p＜0.05），并抑制睪酮的分泌，促進雌二醇的分泌。有研究表明與對照組和三聚氰酸組相比，三聚氰胺組小鼠早期和晚期胎兒死亡數顯著增加（p＜0.05）。研究還發現在羊水中有三聚氰胺，這說明了三聚氰胺可以從母體轉移到胎兒體內，并且發現當母體攝入高劑量的三聚氰酸后也可以在羊水中檢測到三聚氰酸。

（5）對免疫系統的毒性

Yoon YS等的研究數據表明飼喂三聚氰胺組小鼠的白細胞、中性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞、嗜酸粒細胞、嗜堿粒細胞的數量均有所減少。另外，飼料中添加三聚氰胺對吉富羅非魚血清總蛋白及全血的白細胞數、血紅蛋白及血小板數都會產生顯著影響。關于過敏反應，Lazarov A發現83例紡織性皮炎病例中約20.7%源于對三聚氰胺甲醛和乙烯脲三聚氰胺甲醛過敏，Garcia Gavin J等也報道了因三聚氰胺——甲醛樹脂職業暴露所致的背部和手腕部位濕疹，皮膚斑。

（6）細胞毒性

針對細胞毒性，目前國內外研究多數集中在三聚氰胺及其同系物對動物的腎細胞、神經細胞的影響。尹榮煥等的研究表明，三聚氰胺及其與三聚氰酸混合作用都會對Vero細胞產生一定的毒性，能夠使Vero細胞的形態發生改變，抑制細胞的增殖，干擾Vero 細胞對中性紅的攝取率，并且二者混合作用對Vero細胞毒性比三聚氰胺單獨作用毒性更強。Wang ZF等研究了三聚氰胺對單細胞真核生物模型——纖毛類原生動物梨形四膜蟲的細胞毒性作用，發現三聚氰胺不僅對梨形四膜蟲的生長速率具有抑制作用，而且可以使細胞發生形變。

（7）遺傳毒性及致癌性

Ronald E Banes等指出向5只剛斷奶的乳豬靜脈注入6.13mg/kg的三聚氰胺，收集超過24h的血樣，用紫外高效液相色譜儀來分析，然后與在小鼠上的研究比較，發現三聚氰胺也引起了乳豬膀胱結石和其過渡期的細胞增生。Kumura M等證實飼喂含30mg/kg三聚氰胺飼料能誘發344鼠膀胱腫瘤和輸尿管腫瘤，研究者已利用三聚氰胺處理小鼠成功復制出泌尿道腫瘤模型。張國文等研究發現三聚氰胺通過嵌插的方式作用于DNA的加合位點，通過形成DNA加合物的形式對DNA造成損傷作用，并有可能使DNA產生誘變。林居純等對昆明小鼠進行三聚氰胺微核試驗、精子畸形試驗及致畸胎試驗的研究發現，三聚氰胺對骨髓細胞沒有毒性和不產生致突變作用，但其對精子的致畸率呈劑量效應關系，精子畸形表現在折尾、無鉤和胖頭，其中以折尾為主，說明三聚氰胺對精子有一定的致畸毒性和潛在的遺傳毒性。目前國際癌癥研究機構（IARC）評估三聚氰胺對人類致癌性屬于三級，即對人類的致癌性尚無法分類。

（8）其他毒性

Cianciolo等用被三聚氰胺污染的貓食喂養貓之后觀察到，70只貓中有43只出現體征，包括無食欲、嘔吐、多尿、煩渴和嗜睡等，喂養7～11d后38只貓出現氮質血癥。研究者還發現了三聚氰胺的其他毒性，大鼠連續4個月以上吸入三聚氰胺會出現體重增加遲滯，肺內炎性改變等。研究證實在蛋雞的飼料中單獨添加10 ～ 30mg/kg 三聚氰胺，還可以顯著降低1～21d產蛋率，單獨添加等量三聚氰酸，1～21d蛋雞飼料利用率有降低趨勢（p=0.070），當三聚氰酸劑量達到50mg/kg時，則能顯著降低飼料利用率。而三聚氰胺和三聚氰酸聯合中毒的豬臨床上還表現出漸進性消瘦、皮膚粗糙等癥狀。

三、農業土壤中三聚氰胺的來源及潛在危害

三聚氰胺加入牛奶/奶粉中引起的惡性事件，教訓極其深刻。已使得全世界對食品安全更加關注和重視，并重新審視與食品相關的一系列鏈源頭的安全風險防范措施和意識。

王亭亭等研究發現，土壤中三聚氰胺的降解動態符合Logistic方程，并且同時證實，實驗的兩種蔬菜均可以吸收土壤中的三聚氰胺。實際種植農產品的過程中，多種途徑都可能導致三聚氰胺進入農用產品，還能被植物吸收，但其在植株體內不易被代謝，極易形成殘留，這樣就會導致植物性農產品受到三聚氰胺的污染。

種種跡象表明，三聚氰胺作為一種重要的廣泛用于化工、建筑、模塑等領域的原料，其廢棄物極有可能流向飼料或肥料領域。作為食品的“食品”——肥料，人們已認識到不是所謂的“廢物”就能用于化肥的制備，化肥的有毒有害物質或潛在的危害物質風險值得認真的評估剖析，并加以限量控制和監管。對于植物性農產品，要想避免或減少三聚氰胺的殘留污染，最重要的就是從肥料等農業投入品限量標準入手，加強肥料和植物性農產品中三聚氰胺的監督檢測。

對于肥料中摻入三聚氰胺的風險評估，可以做的研究工作還有很多，比如三聚氰胺在肥料和植物以及農產品中檢測方法的研究，三聚氰胺在肥料——土壤——植株農產品中的殘留和運移規律研究，通過生物學試驗的方式找出三聚氰胺對不同作物產生毒害的值，以及從食品安全角度探究肥料中三聚氰胺的限量標準等。最終目的只有一個，為人們的餐桌提供更豐富、優質和安全的食品。