环境污染与防治
ENVIRONMENTAL POLLUTION & CONTROL 
1999年 第21卷 第5期 Vol.21 No.5 1999



铝的生物毒性及其防治策略*
阮复昌　黄国水
　　摘　要　铝是重要的金属元素，它的广泛应用导致了水体、土壤以及各种水生物、动植物体内残余铝含量不断升高，直接或间接地危害到人体身心健康，威胁着人类的生存和发展。密切关注铝的流失途径及其在生命代谢中的作用机制，克制而又有计划地保护、合理开发和利用各种铝资源，是最有效的铝毒防治策略。
　　关键词　铝　生物毒性　危害　防治
On biological toxicity of aluminum and its prevention and control countermeasures
　　Ruan Fuchang
Research Institute of Chemical Engeering,South China Technology University,Guangzhou 510641
　　Abstracts：Aluminum is an indispensable and most important metal element at the present time,but its spreading application brings about the more and more remains of aluminum in water,soil and countless aquatic biologics,animals and plants etc.,which has been harming our health,destroying the ecological balance,imperiling the existence and development of mankind directly or indirectly.The lossing ways of aluminum and its action mechanisms in biosphere should be followed from interest,and various of aluminum resources should be protected,developed and applied in a restrained and planned way,which has been proved to be one of the most effective methods for the prevention and control of aluminum toxicity.
　　Keywords：Aluminum　　Biological toxicity　　Harm　　Prevention　　Control
　　铝是一种含量仅次于氧和硅的活泼金属元素。长期以来，铝一直被当作无毒无害无副作用的安全元素［1］，加之它无臭无味、粘韧易延展且易于敷设在物体表面、不挥发但易熔解、易形成轻质合金和保护膜、能轧制或拉制出各种外形而残余应力却很小等优良性能，已经成为人们日常生活不可或缺的一部分。然而，铝的过分消耗和流失可能正在毁灭人类的生存环境，摧残人类健康，威胁人类的生存和发展。
1　铝毒的由来
　　在今天这个高度文明、高度发达的人类社会中，铝同我们的关系实在是太密切了。铝到底有没有毒?铝在生命代谢中扮演着什么样的角色?铝的过度使用对人类可能造成怎样的影响?…… 要准确而又全面地回答这些问题似乎仍缺乏足够而又有力的证据，但很多研究报告［2～9］均直接或间接地显示，人类肆无忌惮地开发和滥用各种铝资源，导致铝资源的过度流失，进而引起人类赖以生存的水体、土壤以及各种水生物、动植物体内残余铝含量不断升高，使森林大片大片地消失，使大量生物灭绝或濒临灭绝，严重地损害了人们的身心健康，破坏了生态平衡。
　　指出铝对生物存在毒性是最近十几年的事。1980年，Ulrich B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含铝量密切相关，而引起土壤酸化的直接原因是酸雨或外界引入的其他酸性污染介质，残余铝的大量存在则是引起土壤酸化的间接原因，也是使土壤酸化程度加剧的罪魁祸首。在对大量第一手调查资料进行认真分析、研究和归纳的基础上，Ulrich B郑重地提出了铝毒假说［2］。自此，世界各国的科学家们利用不同方法，从不同侧面深入细致地研究了铝对各种水生物、动植物以及微生物等的影响，并推断铝在生命代谢过程中可能起到的破坏作用。研究结果进一步证明，生物体内过量的残余铝含量会破坏或扰乱生物的正常代谢活动，削弱生物对恶劣环境的适应和抵抗能力，对生命现象存在毁灭性后果［2～9］。
2　铝的流失途径及其危害
　　按照传统规范，铝既不是生命元素，也不是毒性元素［1］，对人体不应构成任何危害。但科技的发展已使人们的认识水平突破了许多传统观念的局限。事实上，一种物质对生物有无毒性并不是绝对的，关键在于生物对它是否发展了相应的利用或防御机制［1］。文献［16］阐述了铝盐絮凝剂对环境可能产生的不良影响，并扼要地概述了水体中残余铝对人体及其他各种生物体的毒性作用。
2.1　铝的流失途径
　　铝毒与酸雨是相依相从的两大祸害［10］。酸雨使水体酸化，导致铝资源的大量流失，而铝的大量流失反过来又使酸雨的危害严重恶化［2～9］。在酸雨影响的区域内，土壤中的Ca2+、Mg2+和Al3+交换了水体中的H+，使水体中的铝含量与酸度正相关［6］。铝的流失途径主要包括以下三个方面［10］：①人类肆无忌惮地开发、利用各种自然资源，导致了严重的三废污染，大量未被利用的含铝化合物伴随着三废一起进入生态循环；②酸雨或其他酸性废水反复冲刷、浸渍着地表层中的铝土及其伴生矿，令铝大量溶出；③酸雨及其他各种酸性流体，腐蚀着各种铝制品，既缩短了这些制品的使用寿命，又令其过快过量溶解，造成水体中铝含量严重超标。文献［14］探讨了中性pH条件下Snail Lymnaea Stagnalis对铝的生物富集作用，阐明了铝进入生态循环的一些主要途径。
　　如果说铝的上述三条流失途径对人的影响需透过食物链或生态循环，尚属间接，那么人们在日常生活中利用各种铝制品加工或贮藏食品等所造成的铝流失，则直接危害着进食者的身体健康。
2.2　铝对水生物及植物的毒性
　　文献［15］选取7种最主要的淡水鱼进行对比试验，详细研究了铝在酸性水中对它们的敏感性和生物毒性。大量研究结果清楚地表明［6～9，15］，铝对水生生物的毒性虽然存在个性差异，但很大程度上均取决于水的酸度和硬度。在pH为5.0的水中，铝对泥鳅仔鱼表现出最大毒性，铝含量达到0.1 mg/L时即对草鱼仔鱼产生致死毒性，其4 d半致死浓度(LC50)为0.26 mg/L，而这种酸度并不足以令成鱼大量死亡；在硬度为40～48 mg/L的普通水中铝含量超过0.2 mg/L时就足以令鱼类致死，但在硬度为10～13 mg/L的软水中，铝含量达到0.8 mg/L时才开始显示很小毒性［6］。文献［7］研究了在酸性水中铝和钙含量对鲢鱼早期发育和鳃超微结构的影响，文献［9］采用45Ca示踪法研究了水体中pH值及铝含量对鲤鱼吸钙的影响，发现在pH为4.3的水中，铝会显著地抑制鲤鱼对钙的吸收和积累。
　　菌根是高等植物与真菌形成的共生体，能大大增强植物对不良环境的抵抗能力［8］，而酸雨和过高的残余铝含量会显著地抑制菌根的形成，酸雨特别是由酸雨引起的土壤酸化和铝毒可能是全球森林衰退的重要原因［2，3］。许多研究表明，铝含量超过15 mg/L时就能明显地抑制马尾松的生长，电子探针和质子荧光分析表明［2］，铝可抑制松苗对钙、钾和锌等营养元素的吸收和转运，并增加铝在松苗体内的含量。一些学者［2，4，5］还相继观察了云杉、冷杉等森林树种以及栅藻等对铝的敏感性和生物毒性。
2.3　铝对人体健康的危害
　　大量试验数据均不同程度地显示，人体摄取过量的铝可能引起严重缺钙，并使体中的残余铝含量显著升高，而体内过高的残余铝含量可能正是引发帕金森综合症、老年性痴呆、脱发等顽疾的重要原因［11，12］。铝主要通过食物及饮水进入人体体内［13］，而食物中的铝含量与食物的种类、加工工艺及污染程度有关［13］，人们可以控制的只有饮水中的残余铝含量［12］，如美国规定Al3+≤0.05 mg/L，欧洲统一标准规定为0.05～0.2 mg/L，我国饮用水标准对铝含量还没有具体规定，估计实际含量普遍超过0.5 mg/L。此外，我国城乡居民仍有使用铝制品烹调、储藏和盛装食物或饮水等的习惯，无意间造成了大量活性铝从铝制品转入食物或饮水中，对人体健康构成了直接的危害，理应引起全社会的关注。
2.4　铝对生命代谢过程的致毒机理
　　在生物活性元素表中，铝既不是生命元素，又不属于毒性元素，其在生命代谢过程中的作用机制一直未受关注，这是很不正常的，因为铝的生物毒性已经实实在在地介入了我们的日常生活和工作，新时代呼唤着新的理论和方法，敏锐的科技工作者不应该对此视而不见。
　　铝对生命代谢过程的致毒机理尚不明了，但从它对水生物、动植物以及人体健康的危害来看，铝可以在生物体内富集，达到一定浓度后就会抑制生物体对钙的吸收和积累，导致生物体严重缺钙，进而引起体内一系列相关的功能酶失活，其致毒机理可能与重金属致毒存在某种相似性。当然，Al3+半径小，活性强，价态高，没有d、f电子，具有强烈的水解趋势，可以比重金属更方便地进出生物体及各活性中心，在生物分子配位结合过程中，根据相似配位原理［1］，铝在形态和结构上可能不如重金属那样易于发生配位络合，但它在其他方面的活性可能淡化或篡改了功能酶的识别模式，加速了络合反应的进程，从而表现出较高的配位结合能力和一定的毒性。
3　铝毒的防治策略
　　作为蛋白质的集合体，生命是在适应和影响环境的过程中不断地成熟和发展起来的，其精髓就在于“适度”［1］，物质或元素对生命产生毒性的根由就在于它打破了生命所能容忍的限度。因此，铝毒的防治策略应从铝的流失途径入手，通过一系列宣传、立法和行政措施等，加强人们的资源意识与环保意识，引导人们保护、合理开发和利用各种铝资源，从根本上减少铝的排放或流失。此外，还应密切关注铝在生命代谢中的作用机制，教育人们有节制地应用铝制品，避免食物或饮水与铝制品之间的任何接触或沾染，并利用现代科技手段设法消除或减轻铝毒的危害。
*广东省自然科学基金资助项目。
作者简介：阮复昌，男，1963年生，1990年毕业于华南理工大学化学工程研究所，获博士学位。现为研究室主任，副教授。
作者单位：阮复昌　华南理工大学化学工程研究所，　广州　510641
　　　　　黄国水　江西广播电视大学抚州地区分校，　抚州　344000
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(收稿日期：1998-11-16)
