作物铝中毒aluminum toxicity to crop

作物吸收过量铝引起的生育不良。铝中毒发生于强酸性土壤。通常土壤中水溶性铝达到10～20毫克/千克时，一般作物都将出现铝的毒害。铝毒是酸性土壤多种障害因素（见作物酸害）中的主要因素，所以一般所说的作物“酸害”多数情况是铝中毒。
症状及机理 铝强烈抑制植物细胞分裂。最先接触铝的是根，所以作物铝中毒首先表现在根系。受害根大多有变粗、变短、扭曲增多，根尖变钝等(图1)，有的分枝短而簇生形成珊瑚状根等。根毛发生显著受抑，数量锐减，发育不正常甚至不能发生，根系量少且多褐色。由于根系发育不良，水分养分吸收随之减少，导致地上部生长恶化，生长量显著或急剧下降，植株瘦小、黄化，严重的枯萎死亡。间也有并存缺磷症状的，表现叶色灰暗，植株茎叶多处出现紫红色。进入植物的铝，大多积累于根部，向地上部分转移不多，进入种子的更少。根部的铝，主要分布于根尖和侧根发生等细胞分裂活动旺盛区域，多集中于表皮和皮层部，通过皮层进入中柱的不多。进入细胞内的铝主要分布于细胞核和细胞壁中，推断铝可能是与细胞核内DNA和质膜中的磷脂结合，与质膜磷脂结合会使细胞膜解体，与DNA分子中的磷结合则使DNA失去功能，成为铝阻碍细胞分裂的原因。铝和土壤中磷的共沉淀，结果阻碍作物对磷的吸收利用。
发生条件 土壤中铝的溶出受pH值控制。pH值>5.5的土壤一般可溶性铝很少，不致受害；当pH值≤5.5时，可溶性铝显著增加且随pH值下降而急剧上升(见图2)。因此铝害一般都在pH值接近或小于5.5时出现。中国南方丘陵河谷地区发生较多，大田作物如大小麦，蔬菜作物如豌豆、菠菜等易见，尤以大麦普遍。大麦铝毒严重的，苗期叶尖发黄，不分蘖、死苗；早期枯熟，茎秆枯白、籽粒不充实等。缓冲性小的土壤中，施用生理酸性肥料，水田三熟制麦田因返旱“回酸”pH值下降以及种植抗性弱的二棱类型大麦等都容易造成铝害。

图1 大麦铝中毒根系生长畸形

上：为正常苗；下：铝害麦苗根系短粗而扭曲

植物耐铝性 铝是土壤组成中继氧、硅、铁之后的第四大元素，土壤全铝平均7%左右。铝对植物毒性较强，在含可溶性铝高的土壤上，不耐铝的植物无法生存，故铝是自然植被的控制因素之一。植物的耐铝性存在很大差异，茶树是著名的耐铝植物，含Al3⁺90毫克/千克的溶液对其生育没有不良影响；耐性弱的如大麦、棉花、苜蓿、莴苣在Al³⁺不到1毫克/千克溶液中生育不良，其中大麦在土壤溶液中含Al³⁺0.7毫克/千克时减产65%左右。不同作物耐铝性机理各异：❶有的作物根系分泌物能提高根域土壤的pH值，而沉淀铝，或者在NH⁺⁴和NO^-₃共存时选择吸收NO^-₃，从而使pH值提高。
❷有的根分泌有机酸络合铝，减少和阻遏铝进入。
❸根细胞壁OH-基密度高吸附沉着铝。
❹根表阳离子代换量小，对Al³⁺这一多价离子吸收少，水稻可能属于此类。
❺把铝积累于某些生理不活性部位，如茶树的老叶中铝可达30 000毫克/千克，新叶为100毫克/千克，而芽仅有60毫克/千克，表明老叶有捕捉并束缚铝的性质。
❻使铝成为铝酸盐阴离子或络合物减低其毒性。
❼使铝难于接近致害部分如细胞核、线粒体。有人认为组蛋白有遏制铝与DNA结合的作用。以上多种机制可以归纳为：排斥于体外；使在体内成为无害形式；积累于无害部位。

图2 红土中pH值与交换性Al的关系

铝毒防治 施用石灰、含钙(CaO)炉渣等，提高土壤pH值，沉淀活性铝。施用厩肥，其分解产物有机酸能络合铝，缓和或消除铝毒。施用草木灰、钙镁磷肥、钢渣磷肥等，作穴施、条施时，局部调节根域土壤pH值，以及不用生理酸性肥料都能见效。选育耐铝性品种，以作物去适应土壤要比改良土壤来适应作物更为理想。由于铝毒对幼根伤害显著，为筛选带来方便，使大量原始材料发芽后，用一定浓度铝溶液处理，根据幼根伸展情况选优汰劣。