植物生命的基礎(chǔ)——鉀

鉀是有代表性的堿性元素，在門(mén)捷列夫表的第一類(lèi)里占著比較低的位置。它是明顯的單數(shù)元素，因?yàn)楸硎舅奶匦缘囊恍?shù)字都是單數(shù):原子序數(shù)，即是構(gòu)成它電子層的那些電子數(shù)，是19，它的原子量是39。它只能跟鹵素的一個(gè)原子生成穩(wěn)定的化合物，比如和一個(gè)氯原子化合，這就是我們所說(shuō)的，鉀的化合價(jià)是+1。鉀一方面是單元素，另一方面它的原子里帶電的小粒子又很多，這就表明了它的性質(zhì)是喜歡不斷地旅行，決定了它十分活潑。

鉀既然這樣活潑，難怪它在地球上的全部歷史正和它的朋友鈉的命運(yùn)一樣，是跟極端活動(dòng)性和非常復(fù)雜的變化密不可分的。鉀在堅(jiān)硬的地殼里生成100多種礦物，此外有好幾百種礦物也含有少量的鉀。鉀在地殼里的平均含量大約是2.5%。這個(gè)數(shù)字不算小，這正表明鉀、鈉和鈣都是我們周?chē)厍蚶锏闹饕亍?/p>

當(dāng)?shù)叵律钐幦刍膸r漿凝結(jié)的時(shí)候，各種元素就依次分離出來(lái)，越是活動(dòng)的，越是喜歡旅行的，越會(huì)生成揮發(fā)性的氣體或者流動(dòng)的和易于熔化的顆粒的，就越難分離出來(lái)，鉀就是屬于最后分離的一類(lèi)元素。地下深處最開(kāi)始生成的晶體里并沒(méi)有鉀:我們?cè)诰G色橄欖巖那種深成巖里差不多找不到鉀，此種深成巖在地球內(nèi)部構(gòu)成整整的一個(gè)圈層。連同洋底的玄武巖塊里，鉀的含量也不超過(guò)0.3%。

在熔化的巖漿的復(fù)雜的結(jié)晶過(guò)程當(dāng)中，地球上比較活躍的原子都聚集在它的上層;這兒強(qiáng)烈?guī)щ姷墓韬弯X的微小離子比較多;這兒堿性的鉀和鈉這一類(lèi)單數(shù)原子也不少，還有不少的容易逸散的含水化合物。這些熔化的巖漿生成的巖石，即為我們所說(shuō)的花崗巖?；◢弾r在地球表面上占的面積非常大，它就是漂在玄武巖上的大陸。

花崗巖凝結(jié)在地殼的深處，鉀在花崗巖里的含量約為2%，鉀主要是含在所謂正長(zhǎng)石的一種礦物里。我們熟悉的黑云母和白云母里也含有鉀;在有些地方鉀集結(jié)的還要多，生成一種巨大晶體的白色礦物，稱(chēng)做白榴石，在意大利含鉀較高的熔巖里，白榴石特別多，人們開(kāi)采這種白榴石來(lái)提煉鉀和鋁。

可知地球上鉀原子的搖籃，是花崗巖和火成巖當(dāng)中的酸性熔巖。

鉀走的路卻跟鈉不同。我們從海水里找到的鉀非常少。在巖石里含的鈉原子和鉀原子個(gè)數(shù)幾乎一樣，然而每1000個(gè)鉀原子只有2個(gè)能到海里，998個(gè)都被留在土壤、淤泥、海盆地、池沼和河里的沉積物里。正因?yàn)橥寥牢樟蒜?，土壤才有神奇的效力?/p>

俄國(guó)著名的土壤學(xué)家、科學(xué)院院士蓋德羅茨是揭示土壤的地球化學(xué)性質(zhì)的第一個(gè)人。他發(fā)現(xiàn)土壤里有一些顆粒會(huì)截留各種金屬，尤其會(huì)截留鉀，他指出，土壤的肥力和鉀原子有很大關(guān)系，因?yàn)殁浽釉谕寥览锸悄菢踊顫娍蓯?ài)，所以植物的每個(gè)細(xì)胞都會(huì)吸收它，用它來(lái)增強(qiáng)自己的活力。難道不是嗎，植物吸收了這種玲瓏活潑的鉀原子以后，就能長(zhǎng)出芽來(lái)。

研究的結(jié)果表明，鉀及鈉和鈣，都很容易被植物的根所吸收。

沒(méi)有鉀，植物就不能生活。我們現(xiàn)在搞不清楚，為什么植物非得有鉀不可，在植物體里鉀究竟起什么樣的作用，然而實(shí)驗(yàn)證明，沒(méi)有鉀，植物便要枯萎死去。

不但植物非得有鉀不可，鉀在動(dòng)物體里也是重要的成分。譬如，鉀在人的肌肉里就比鈉多。腦子、肝臟、心臟、腎臟里的鉀更多。應(yīng)該指出，有機(jī)體在成長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程當(dāng)中尤其需要鉀。成人對(duì)于鉀的需要量就少得多。

鉀遷移的循環(huán)路線(xiàn)有幾條，有一條循環(huán)路線(xiàn)是從土壤開(kāi)始的。它在土壤里被植物的根所吸取，儲(chǔ)存在死掉的植物軀體里，有一部分鉀跑進(jìn)人和動(dòng)物的機(jī)體里，再回到土壤里變成腐植土，活細(xì)胞再?gòu)耐寥览镂∷?/p>

絕大多數(shù)的鉀走的正是這條路線(xiàn)，盡管海水里的鈉原子個(gè)數(shù)是鉀原子的40倍，但是也有少數(shù)的鉀原子能走到海洋里，和其他鹽類(lèi)共同組成海水的鹽分。

從海水開(kāi)始了鉀原子旅行的第二條循環(huán)路線(xiàn)。

當(dāng)大片的海洋由于地殼運(yùn)動(dòng)的作用而干涸，從海里分出來(lái)淺海、湖泊、三角港、海灣等等的時(shí)候，就會(huì)形成像黑海沿岸薩克、耶夫帕托里亞一類(lèi)的鹽湖。夏天一熱，湖水蒸發(fā)得更厲害，結(jié)果鹽從水里沉淀出來(lái)，被海浪逐到岸上，也有的時(shí)候湖底完全干涸了，上面鋪滿(mǎn)一層鹽，看著像一塊雪亮的白布。這時(shí)候鹽生成沉淀有一定的程序:最先在湖底結(jié)晶出來(lái)的是碳酸鈣，其次是石膏(硫酸鈣)，然后是氯化鈉，即食鹽。最后留在湖里的是含鹽非常豐富的天然鹽水，天然鹽水里含的各種鹽類(lèi)達(dá)到百分之好幾十，尤其是鉀鹽和鎂鹽含得更多。

鉀在天然鹽水里比鈉更加活潑，它顯示了巨大原子的性質(zhì)，繼續(xù)旅行下去，一直到更灼熱的太陽(yáng)把湖水曬干，鹽層的表面析出了白色和紅色的鉀鹽——這樣就形成了鉀礦床。

有的時(shí)候地殼里匯聚著大量的鉀鹽，這正是人們?cè)诠I(yè)上十分需要的原料。到了這一步以后，就已經(jīng)不是土壤的神秘力量，不是植物在決定鉀旅行路線(xiàn)，不是南方的烈日把它聚集在鹽湖的岸上，——在工業(yè)里已經(jīng)是人類(lèi)親自在指揮鉀原子走上新的循環(huán)路線(xiàn)了。

整整100年前，有一位天才的化學(xué)家利比喜看到鉀和磷在植物體里的功用，所以他常說(shuō):“田地沒(méi)有這兩種元素就不會(huì)肥沃?！庇谑撬X子里浮起了當(dāng)時(shí)認(rèn)為是幻想的一種想法，他認(rèn)為應(yīng)該對(duì)土壤施肥，應(yīng)該預(yù)先算出植物可以利用的鉀、氮、磷的鹽類(lèi)的分量，用人工方法把這些鹽類(lèi)施加在土壤里。

19世紀(jì)40～50年代的農(nóng)業(yè)界不接納利比喜的這種想法，說(shuō)他這種思想是在“開(kāi)玩笑”，再加上利比喜建議當(dāng)肥料用的硝石，當(dāng)時(shí)是用帆船從南美洲運(yùn)來(lái)的，價(jià)錢(qián)非常貴，誰(shuí)也不買(mǎi)。磷肥的來(lái)源——磷礦——當(dāng)時(shí)也不知道，利比喜建議把骨頭碾碎當(dāng)磷肥用，價(jià)錢(qián)也太貴。而且鉀的用法也不清楚，只偶爾有人收集點(diǎn)植物灰來(lái)撒在田地里，烏克蘭農(nóng)民很早就知道把玉蜀黍稈燒成灰，撒在田里，他們沒(méi)有科學(xué)的指導(dǎo)，完全是憑經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)到的智慧，體會(huì)到這種灰對(duì)于莊稼的重大作用。

從那時(shí)候起過(guò)了許多年，肥料的問(wèn)題成了全世界各國(guó)最重要的問(wèn)題之一。土壤能否肥沃，在很大程度上要看人是不是能把植物從土壤里攝取來(lái)的各種物質(zhì)充分送還給土壤，把人從田地里取走的殼物、藁草、果實(shí)等所含的物質(zhì)充分歸還給土壤。到了如今，鉀就成了農(nóng)業(yè)上最需要的元素之一了。

這一點(diǎn)只要說(shuō)一說(shuō)某些國(guó)家的鉀肥用量就可以看出。拿荷蘭來(lái)說(shuō)，1940年每公頃(10⁴平方米)用了42噸的氯化鉀。這個(gè)數(shù)字確實(shí)是大得很;在美國(guó)，每公頃一共才用4噸左右。

據(jù)蘇聯(lián)著名的農(nóng)業(yè)化學(xué)家說(shuō)，蘇聯(lián)全國(guó)田地的氯化鉀用量，每年不得少于100萬(wàn)噸。

因此人類(lèi)早就面臨著這樣一個(gè)任務(wù):勘察鉀鹽的巨大礦床，把鉀鹽開(kāi)出來(lái)，用它制造肥料。

現(xiàn)在，離開(kāi)那次歷史性的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)好多年了，全世界鉀鹽儲(chǔ)藏量的分布圖跟從前完全不一樣了。假如我們用氧化鉀的噸數(shù)來(lái)表示鉀鹽儲(chǔ)藏量，那么大部分的儲(chǔ)藏量都在蘇聯(lián);德國(guó)總共才25億噸;西班牙是35000萬(wàn)噸;法國(guó)是28500萬(wàn)噸;美國(guó)和別的國(guó)家更少。而且蘇聯(lián)的鉀鹽礦床還遠(yuǎn)沒(méi)有完全勘測(cè)出來(lái)呢!

但是這個(gè)元素還有一點(diǎn)小小的特點(diǎn)，也不應(yīng)該忽略不計(jì)。有趣的是，鉀有一種同位素有放射性，雖然放射性是很微弱的，但是那種同位素總是不穩(wěn)定的，它自己能放出幾種射線(xiàn)，然后變成另一種元素的原子，新的原子再聚合在一起生成鈣原子。

這個(gè)現(xiàn)象在長(zhǎng)時(shí)間里沒(méi)有得到證明，后來(lái)知道實(shí)際上鉀－40本身在地球的生命上起著重要的作用，因?yàn)樵诓环€(wěn)定的鉀原子變成鈣原子的過(guò)程里放出大量的熱。據(jù)蘇聯(lián)放射學(xué)家測(cè)算，地球內(nèi)部由于原子蛻變而放出的全部熱量，至少有20%是鉀鹽放出的。可見(jiàn)鉀原子的蛻變對(duì)于地球熱量所起的貢獻(xiàn)是多么巨大啊!

難怪生物學(xué)家和生理學(xué)家想用鉀的這點(diǎn)性質(zhì)來(lái)解釋植物的生長(zhǎng)問(wèn)題，據(jù)他們的想法，植物所以那樣奇怪地和莫名其妙地愛(ài)好鉀，就是因?yàn)殁浽幽軌蚍派?，因?yàn)殁浽诩?xì)胞的生活和成長(zhǎng)上起著某種特殊的作用。

科學(xué)家為了證實(shí)這點(diǎn)而進(jìn)行無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，遺憾的是到今天為止還沒(méi)有得出準(zhǔn)確的結(jié)果。很可能，蛻變的鉀原子和它的射線(xiàn)在活細(xì)胞里起的作用是很大的，它會(huì)使細(xì)胞和植物本身在成長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生出各種特征來(lái)。

鉀這個(gè)單數(shù)的、變幻莫測(cè)的元素，在地球化學(xué)上所占的地位就是這些。這就是鉀在地球上循環(huán)旅行的歷史。

對(duì)于每一種化學(xué)元素，都能夠這樣講出一套它在地球內(nèi)部、在地球表面、在工業(yè)上的旅行歷史;可是有不少元素，它們歷史上有個(gè)別的環(huán)節(jié)暫時(shí)還沒(méi)有弄清楚;也有幾種元素的歷史還只能寫(xiě)成零碎的片斷。因此在未來(lái)的地球化學(xué)家面前放著一項(xiàng)任務(wù)——把這些歷史寫(xiě)完整，寫(xiě)得首尾一致。鉀的歷史還是比較清楚的，這個(gè)重要的元素在全部地質(zhì)年代里的歷史，我們是已經(jīng)看明白了的。

我們不但知道了鉀的歷史，而且掌握著有力的武器去探測(cè)它的礦床，去為它尋找工業(yè)上的用途，惟一沒(méi)有弄清楚的是它在生物體里的作用，這個(gè)秘密或許是鉀的歷史上最有趣也是最光輝的一頁(yè)!