铝的环境生态学研究,随着酸雨问题正在同外掀起高潮。现已普遍认为铝是一个新的有毒元素,尤其在酸雨地区及酸性分壤地带,由于地表水和土壤的酸化,铝已成为死鱼、森林枯萎及农业减产的关键致毒因子。实际上,在五十年代以前,就有大量涉及铝是农田减产的关键因子和对生态环境产生影响的报道。长期以来,涉及铝的毒性资料,在农学家、植物学家、生态学家和地球化学家之间缺乏交流,从而导致彼此工作重复,既浪费了研究经费,还推迟了关键性问题的重大突破。1983年9月加拿大多伦多大学植物系教授荷得生(T. C. Hutchinson)在“国际环境重金属会议”上对“铝在酸性土壤及湖泊中毒性研究的历史性进展”作了大会发言,对1900年以来的研究成果作了回顾和评价。

在早期的研究中,有关铝对水生生物和陆地生态效应的机理,主要是观察到了铝在广泛范围pH(2.86 ~ 10.40)内的溶解度及毒性效应,以及铝在不同植物的不同部位的耐受力及敏感度差别,逐渐地使研究兴趣从纯粹的农业和土壤科学转向生理科学。直到本世纪60 ~ 70年代才得到一致的认识,铝通常积累于植物根部,并存在于生命细胞核的原生质中。1980年报道了铝特别能与脱氧核糖核酸(DNA)相结合。在植物生态学方面,早期工作还研究过当培养液中加入铝,观察到能导致蛋白质凝聚,并认识到这是由于细胞膜受损,迫使钙和钾等阳离子迁移出细胞。

铝的环境化学,在以往很少有人对它感兴趣,这可能是由于铝是地壳中存在的常见的第三位元素,由于该元素在中性环境中(水中)溶解度很低,故过去一直认为铝对有机体无关紧要。然而随着人类活动引起的酸雨问题及环境的酸化,情况发生了变化。铝已开始被挖为对水生生物有毒的元素,尤其当酸雨酸化了没有缓冲能力的湖泊时,就有人报道过水体pH5.5 ~ 5.6时,铝是对鱼类的最大致毒因子。

有人在酸雨对陆地生态系统影响的研究过程中发现德国北部山区森林(斜叶林为主)大片枯萎,主要是酸雨使土壤酸性增加,而同时发现树根部铝的浓度增加,致使幼根及根须枯死,直接阻滞抗物体内养料的运输和吸收,降低了植物的蒸腾作用。

本世纪八十年代,对铝的毒性研究,已空的激增;铝在水中及土壤中的化学形态,较其实际浓度对生命物质更重要。主要是先进的实验技术应用到该领域,尤其是化学形态分析的发展。因此早期做过的工作,现在仍有必要继续研究,如不同植物种族对特定含铝土壤的敏感度;碱对改善铝毒性的作用:磷酸铝沉淀在植物栽培中的问题;土壤有机酸对改善铝毒性所起的作用;铝对土壤微生物的活性效应;酸性水体中铝的化学形态对鱼的效应等等。许多研究课题当前仍是较尖端的内容。例如:关于酸性水体中铝对鱼的毒性问题,80年代初,已有人从观察铝的化学形态、水中总有机碳(TOC)及其与pH变化的影响。并从中研究铝与羟基、氟离子、硫酸根离子及可溶性的有机配位体如柠檬酸、富菲酸等能形成牢固的络合物,并指出有机稳定态铝,通常在某些水体中占优势,并从热力学计算出铝的含铝络离子,通常占优势的为无机铝形态,因此普遍认为有件络合作用对铝的毒性有缓解作用,可以这样认为,在总铝量较高的酸性水体中,如学有机碳含量较高,则能改善铝的毒性,并使其适合于鱼类的生存和生长。

最后讨论一下铝对人体健康的影响,这也是令人关心的研究内容,以往氢氧化铝是常用来作为治疗胃溃疡的解酸剂。可是在1981年有人评述饮食中的铝(所有铝制品)以及Alzheimer病,铝也许能导致Alzheimer病(老年痴呆症)及渗析脑病(用氢氧化铝治疗肾衰竭病人时,常引起的血球中部渗析),因数据缺少多因子对比,故要下结论尚为时过早。但可以推断,由于磷酸铝是不溶的。而许多酶和生物组织均需要磷酸盐,如果饮食中含有大量铝,就会发生磷酸盐的负平衡。总之,铝对人体的健康影响有待深入研究。我国环境科学工作者,也正开始这方面的研究。可以预料,世界各国在环境生态学的研究中,将各自作出应有的贡献。

(Proceeding of International Conference on Heavy Metals in the Environment,1983年)