土壤中的铝及其植物效应的研究进展

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1、应小芳等：土壤中的铝及其植物效应的研究进展3土壤中的铝及其植物效应的研究进展应小芳，刘鹏*，徐根娣浙江师范大学生命与环境科学学院，浙江金华321004摘要：概述了铝的性质，土壤中铝的存在形式、铝的流失、铝毒与酸雨的关系，植物对铝的吸收，铝在植物体内的分布以及植物对铝毒胁迫的反应，为进一步开展铝及其植物效应的研究提供了信息。关键词：土壤；铝；酸雨；植物效应中图分类号：Q948文献标识码：A文章编号：1672-2175（2003）02-0237-03应小芳等：土壤中的铝及其植物效应的研究进展3铝是地壳中含量最丰富的

2、金属元素，而铝毒害是酸性土壤中作物生长的主要限制因子，也是森林大面积退化的主要原因。1980年，UlrichB对全球森林衰退进行了系统调查，发现全球森林衰退与土壤的酸化程度和铝含量密切相关，并于1983年提出了“酸雨→土壤酸化→铝释放→森林衰退”的铝毒假说。自此，各国科学家利用不同的方法从不同的领域研究铝元素以及植物对它的反应。至今为止，人们在铝元素的土壤科学、环境化学、地理分布、营养生理学和毒害的防治等方面做了大量的研究工作，取得了一定的研究进展。本文总结了前人的研究成果，简要地介绍了土壤中铝的一些基本性质以

3、及植物对铝毒胁迫的反应，以期为今后这方面研究的进一步开展提供一些有价值的信息。1铝的基本性质铝是含量最丰富的金属元素，在地壳和土壤中的含量仅次于氧和硅，约占地壳总量的7.1%。在自然界中，铝通常以难溶性的硅酸盐或氧化铝的形式存在于一系列含铝矿物中，诸如长石、云母、氯泥石、蒙脱石、高岭石和三水铝石等；其他的铝则以各种化学形态存在，如水溶性铝、交换性铝(A1)、活性羟基铝(A2)和有机络合态铝(A3)等[1,2]。通常认为水溶性铝是植物重要的生长限制因子[3]，交换性铝的活性最大，Al3+则有较强的电荷，离子半径很

4、小，仅为0.051nm，对邻近的原子具有强极化效应，而有机络合态铝的形成则增加了铝在土壤中的移动性[4]，也降低了铝对生物的毒性[5]。一般来说，土壤交换性铝、土壤水溶性铝以及土壤溶液中的Al3+被称为土壤高活性铝，对植物生长的影响最大，是导致植物铝中毒最主要的原因。2铝的流失途径铝是重要的原生矿物和次生矿物的风化产物，可以通过化学的和生物化学的风化过程从矿物中释放到土壤和水体环境中[6]。正是这种原生和次生矿物的溶解，才使可溶性铝得以进入土壤溶液中。人为和天然酸性物质质子对含铝矿物的溶蚀作用，使土壤和水体环境

5、中的沉积物和悬浮物解体而释放出Al3+，地表水和地下水再将Al3+带入江河湖泊，从而造成环境的酸化和污染。总的来说，铝的流失途径共有三个方面：①人类无节制地开发、利用各种自然资源，导致严重的三废污染，从而将大量未被利用的含铝化合物带入生态循环；②酸雨及其他酸性废水反复冲刷、浸渍地表层中的铝土及其伴生矿，令铝大量溶出；③酸雨及其他酸性流体腐蚀着各种铝制品，造成水体铝严重超标。铝的不断溶出使土壤中可溶性铝的含量增加，对植物的毒害增大，严重影响植物的生长。3铝毒与酸雨、土壤酸化的关系酸雨、土壤酸化与植物铝毒三者是密切

6、相关的。酸雨是促进土壤酸化的人为因素，而铝毒与酸雨是相依相从的两大祸害。其中，酸雨使水体酸化，导致铝资源大量流失，是导致铝溶出极其重要的原因，而铝的溶出又使酸雨的危害更加严重化。丁爱芳等也通过实验研究发现：酸性土壤经酸雨淋洗后，酸化加剧，土壤中各种形态的铝发生溶解，成为可溶性铝进入土壤溶液，从而对植物的生长产生危害[7]。土壤淋出液中的铝含量与酸雨pH值是密切相关的。随着酸雨pH值的降低，土壤溶液中的铝淋出量逐渐增多，毒性大的Al3+占单核无机铝的比例增加，而毒性小的Al-F络合物则反而呈下降趋势[8]。应小芳

7、等：土壤中的铝及其植物效应的研究进展34植物对铝的吸收和运输外界无机养料进入植物体，往往是通过植物根系的表皮、皮层进入木质部，然后向上运输的。众所周知，植物吸收无机养料一般有两种方式：一种是被动吸收，即通过细胞膜以外区域组织的连续体－质外体进入细胞内，无机离子可顺着电化势由介质溶液进入细胞内，不需要消耗能量；另一种是主动吸收，即通过细胞原生质胞间连丝连接组成的连续体－共质体进入细胞内，无机离子的进入是逆着电化势的，需要消耗能量。有研究指出，玉米初生根吸收硫酸铝的最初吸收点是根冠及其根表皮外的粘质分泌物[9]，因

8、而植物吸收铝也是由根系进行的[10]，且吸收的主要形态为Al3+，但其吸收方式至今仍存在着一定的争论。Al3+是多价阳离子，半径小，活性强，价位高，可能沿非原生质体通道进入细胞。植物对它的吸收主要是以被动吸收方式进行，并主要随质流上移至地上部分[9]。但一些文献报道，Al也可以利用共质体通道，生长在铝毒土壤中的植物根系，非原生质体含有大部分铝，也有部分铝进入共质体。因此，Al3+可通过