植物生命的基础

植物生命的基础——钾

钾是有代表性的碱性元素，在门捷列夫表的第一类里占着比较低的位置。它是明显的单数元素，因为表示它的特性的一些数字都是单数:原子序数，即是构成它电子层的那些电子数，是19，它的原子量是39。它只能跟卤素的一个原子生成稳定的化合物，比如和一个氯原子化合，这就是我们所说的，钾的化合价是+1。钾一方面是单元素，另一方面它的原子里带电的小粒子又很多，这就表明了它的性质是喜欢不断地旅行，决定了它十分活泼。

钾既然这样活泼，难怪它在地球上的全部历史正和它的朋友钠的命运一样，是跟极端活动性和非常复杂的变化密不可分的。钾在坚硬的地壳里生成100多种矿物，此外有好几百种矿物也含有少量的钾。钾在地壳里的平均含量大约是2.5%。这个数字不算小，这正表明钾、钠和钙都是我们周围地球里的主要元素。

当地下深处熔化的岩浆凝结的时候，各种元素就依次分离出来，越是活动的，越是喜欢旅行的，越会生成挥发性的气体或者流动的和易于熔化的颗粒的，就越难分离出来，钾就是属于最后分离的一类元素。地下深处最开始生成的晶体里并没有钾:我们在绿色橄榄岩那种深成岩里差不多找不到钾，此种深成岩在地球内部构成整整的一个圈层。连同洋底的玄武岩块里，钾的含量也不超过0.3%。

在熔化的岩浆的复杂的结晶过程当中，地球上比较活跃的原子都聚集在它的上层;这儿强烈带电的硅和铝的微小离子比较多;这儿碱性的钾和钠这一类单数原子也不少，还有不少的容易逸散的含水化合物。这些熔化的岩浆生成的岩石，即为我们所说的花岗岩。花岗岩在地球表面上占的面积非常大，它就是漂在玄武岩上的大陆。

花岗岩凝结在地壳的深处，钾在花岗岩里的含量约为2%，钾主要是含在所谓正长石的一种矿物里。我们熟悉的黑云母和白云母里也含有钾;在有些地方钾集结的还要多，生成一种巨大晶体的白色矿物，称做白榴石，在意大利含钾较高的熔岩里，白榴石特别多，人们开采这种白榴石来提炼钾和铝。

可知地球上钾原子的摇篮，是花岗岩和火成岩当中的酸性熔岩。

钾走的路却跟钠不同。我们从海水里找到的钾非常少。在岩石里含的钠原子和钾原子个数几乎一样，然而每1000个钾原子只有2个能到海里，998个都被留在土壤、淤泥、海盆地、池沼和河里的沉积物里。正因为土壤吸收了钾，土壤才有神奇的效力。

俄国著名的土壤学家、科学院院士盖德罗茨是揭示土壤的地球化学性质的第一个人。他发现土壤里有一些颗粒会截留各种金属，尤其会截留钾，他指出，土壤的肥力和钾原子有很大关系，因为钾原子在土壤里是那样活泼可爱，所以植物的每个细胞都会吸收它，用它来增强自己的活力。难道不是吗，植物吸收了这种玲珑活泼的钾原子以后，就能长出芽来。

研究的结果表明，钾及钠和钙，都很容易被植物的根所吸收。

没有钾，植物就不能生活。我们现在搞不清楚，为什么植物非得有钾不可，在植物体里钾究竟起什么样的作用，然而实验证明，没有钾，植物便要枯萎死去。

不但植物非得有钾不可，钾在动物体里也是重要的成分。譬如，钾在人的肌肉里就比钠多。脑子、肝脏、心脏、肾脏里的钾更多。应该指出，有机体在成长发育的过程当中尤其需要钾。成人对于钾的需要量就少得多。

钾迁移的循环路线有几条，有一条循环路线是从土壤开始的。它在土壤里被植物的根所吸取，储存在死掉的植物躯体里，有一部分钾跑进人和动物的机体里，再回到土壤里变成腐植土，活细胞再从土壤里吸取它。

绝大多数的钾走的正是这条路线，尽管海水里的钠原子个数是钾原子的40倍，但是也有少数的钾原子能走到海洋里，和其他盐类共同组成海水的盐分。

从海水开始了钾原子旅行的第二条循环路线。

当大片的海洋由于地壳运动的作用而干涸，从海里分出来浅海、湖泊、三角港、海湾等等的时候，就会形成像黑海沿岸萨克、耶夫帕托里亚一类的盐湖。夏天一热，湖水蒸发得更厉害，结果盐从水里沉淀出来，被海浪逐到岸上，也有的时候湖底完全干涸了，上面铺满一层盐，看着像一块雪亮的白布。这时候盐生成沉淀有一定的程序:最先在湖底结晶出来的是碳酸钙，其次是石膏(硫酸钙)，然后是氯化钠，即食盐。最后留在湖里的是含盐非常丰富的天然盐水，天然盐水里含的各种盐类达到百分之好几十，尤其是钾盐和镁盐含得更多。

钾在天然盐水里比钠更加活泼，它显示了巨大原子的性质，继续旅行下去，一直到更灼热的太阳把湖水晒干，盐层的表面析出了白色和红色的钾盐——这样就形成了钾矿床。

有的时候地壳里汇聚着大量的钾盐，这正是人们在工业上十分需要的原料。到了这一步以后，就已经不是土壤的神秘力量，不是植物在决定钾旅行路线，不是南方的烈日把它聚集在盐湖的岸上，——在工业里已经是人类亲自在指挥钾原子走上新的循环路线了。

整整100年前，有一位天才的化学家利比喜看到钾和磷在植物体里的功用，所以他常说:“田地没有这两种元素就不会肥沃。”于是他脑子里浮起了当时认为是幻想的一种想法，他认为应该对土壤施肥，应该预先算出植物可以利用的钾、氮、磷的盐类的分量，用人工方法把这些盐类施加在土壤里。

19世纪40～50年代的农业界不接纳利比喜的这种想法，说他这种思想是在“开玩笑”，再加上利比喜建议当肥料用的硝石，当时是用帆船从南美洲运来的，价钱非常贵，谁也不买。磷肥的来源——磷矿——当时也不知道，利比喜建议把骨头碾碎当磷肥用，价钱也太贵。而且钾的用法也不清楚，只偶尔有人收集点植物灰来撒在田地里，乌克兰农民很早就知道把玉蜀黍秆烧成灰，撒在田里，他们没有科学的指导，完全是凭经验和独到的智慧，体会到这种灰对于庄稼的重大作用。

从那时候起过了许多年，肥料的问题成了全世界各国最重要的问题之一。土壤能否肥沃，在很大程度上要看人是不是能把植物从土壤里摄取来的各种物质充分送还给土壤，把人从田地里取走的壳物、藁草、果实等所含的物质充分归还给土壤。到了如今，钾就成了农业上最需要的元素之一了。

这一点只要说一说某些国家的钾肥用量就可以看出。拿荷兰来说，1940年每公顷(10⁴平方米)用了42吨的氯化钾。这个数字确实是大得很;在美国，每公顷一共才用4吨左右。

据苏联著名的农业化学家说，苏联全国田地的氯化钾用量，每年不得少于100万吨。

因此人类早就面临着这样一个任务:勘察钾盐的巨大矿床，把钾盐开出来，用它制造肥料。

现在，离开那次历史性的发现已经好多年了，全世界钾盐储藏量的分布图跟从前完全不一样了。假如我们用氧化钾的吨数来表示钾盐储藏量，那么大部分的储藏量都在苏联;德国总共才25亿吨;西班牙是35000万吨;法国是28500万吨;美国和别的国家更少。而且苏联的钾盐矿床还远没有完全勘测出来呢!

但是这个元素还有一点小小的特点，也不应该忽略不计。有趣的是，钾有一种同位素有放射性，虽然放射性是很微弱的，但是那种同位素总是不稳定的，它自己能放出几种射线，然后变成另一种元素的原子，新的原子再聚合在一起生成钙原子。

这个现象在长时间里没有得到证明，后来知道实际上钾－40本身在地球的生命上起着重要的作用，因为在不稳定的钾原子变成钙原子的过程里放出大量的热。据苏联放射学家测算，地球内部由于原子蜕变而放出的全部热量，至少有20%是钾盐放出的。可见钾原子的蜕变对于地球热量所起的贡献是多么巨大啊!

难怪生物学家和生理学家想用钾的这点性质来解释植物的生长问题，据他们的想法，植物所以那样奇怪地和莫名其妙地爱好钾，就是因为钾原子能够放射，因为钾在细胞的生活和成长上起着某种特殊的作用。

科学家为了证实这点而进行无数次实验，遗憾的是到今天为止还没有得出准确的结果。很可能，蜕变的钾原子和它的射线在活细胞里起的作用是很大的，它会使细胞和植物本身在成长和发育过程当中产生出各种特征来。

钾这个单数的、变幻莫测的元素，在地球化学上所占的地位就是这些。这就是钾在地球上循环旅行的历史。

对于每一种化学元素，都能够这样讲出一套它在地球内部、在地球表面、在工业上的旅行历史;可是有不少元素，它们历史上有个别的环节暂时还没有弄清楚;也有几种元素的历史还只能写成零碎的片断。因此在未来的地球化学家面前放着一项任务——把这些历史写完整，写得首尾一致。钾的历史还是比较清楚的，这个重要的元素在全部地质年代里的历史，我们是已经看明白了的。

我们不但知道了钾的历史，而且掌握着有力的武器去探测它的矿床，去为它寻找工业上的用途，惟一没有弄清楚的是它在生物体里的作用，这个秘密或许是钾的历史上最有趣也是最光辉的一页!