 |
Роль калия в жизни растений
|
|
|
|
Лекция 5. КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ
Роль калия в жизни растений.
Содержание калия в почве, калийный режим почв.
Виды калийных удобрений.
Применение калийных удобрений.
Роль калия в жизни растений
Калий является одним из основных элементов минерального питания растений. В растительных организмах он находится в ионной форме и не входит в органические соединения клеток. Он содержится главным образом в цитоплазме и вакуолях, в ядре отсутствует. Около 20 % калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы, до 1 % его необменно поглощается митохондриями, а основная часть (примерно 80 %) находится в клеточном соке и легко извлекается водой. Поэтому калий вымывается из растений дождями, особенно из старых листьев. Физиологические функции калия в растительном организме разнообразны.
Накапливающийся в хлоропластах и митохондриях калий стабилизирует их структуру и способствует образованию богатой энергией аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в процессах фотосинтетического и окислительного фосфорилирования. На свету прочность связей иона калия с коллоидами цитоплазмы клетки усиливается, а в темноте она ослабевает и происходит частичное выделение калия из растений через корни. Он оказывает положительное влияние на физическое состояние коллоидов цитоплазмы, повышает их оводненность, набухаемость и вязкость, что создает нормальные условия обмена веществ в клетках, повышает устойчивость растений к засухе.
Калий положительно влияет на интенсивность фотосинтеза, окислительных процессов и образование органических кислот в растении, на углеводный и азотный обмен. Повышая активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, калий способствует накоплению крахмала в клубнях картофеля, сахара в сахарной свекле, корнеплодах и других растениях, повышает устойчивость зерновых к морозам, а также к полеганию, к поражению мучнистой росой и ржавчиной, а овощные культуры, картофель и корнеплоды делает менее восприимчивыми к гнилям. У льна повышается выход и качество волокна, у зерновых – посевные качества семян. Имеются данные о положительном влиянии калия на вкусовые качества плодов.
|
|
|
Молодые жизнедеятельные органы растений содержат значительно больше калия, чем старые. В зерновых культурах его больше в соломе, чем в зерне. При недостатке калия в питательной среде происходит его отток из более старых органов и тканей в молодые органы, где он используется повторно (реутилизируется). При дефиците калия в почве края и кончики листьев (в основном нижних) буреют, становятся похожими на обожженные (этот симптом называется краевым ожогом), на пластинке листа появляются мелкие ржавые пятна. Чаще, чем другие культуры, от недостатка калия страдают картофель, корнеплоды, капуста, силосные культуры и многолетние травы, так как им необходимо много калия. Менее чувствительны к дефициту калия зерновые злаки, при остром его дефиците они плохо кустятся, междоузлия стеблей укорачиваются, а листья, в основном нижние, увядают даже при достаточной влажности.
Большое значение калия связано с содержанием в растениях радиоактивного изотопа калия К. На его долю приходится 0,011 %, К – 93,08 и К – 69,1 %. К излучает бета- и гамма-лучи. Считают, что оба вида излучений создают дополнительную внутриклеточную энергию (излучение полезно для растений).
Следует отметить, что радиационный фон земли в немалой степени обусловлен К. Радиоактивный калий является важным глубинным источником тепла нашей планеты.
|
|
|
Калий наряду с азотом и фосфором относятся к главным элементам питания растений. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична. В растениях калий находится в ионной форме. Калий содержится в основном в цитоплазме и вакуолях клеток. Около 80 % калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой, особенно из старых листьев.
В дневное время суток, когда в растениях активно протекают все биохимические процессы, калий, удерживается в клетках освещенного растения. Ночью, когда процессы фотосинтеза прекращаются, часть калия может выделяться через корни, чтобы потом, с появлением первого солнечного луча, вновь поглощается растением.
Молодые органы растений содержать калия в 3-5 раз больше, чем старые, его больше в тех органах и тканях, где интенсивно идут процессы обмена веществ и деления клеток Легкая подвижность калия в растениях обуславливает его реутилизацию путем перемещения из старых листьев в молодые.
Физиологические функции калия весьма разнообразны. Установлено, что он стимулирует нормальное течение фотосинтеза, усиливает отток углеводов от пластинок листа в другие органы, а также синтез сахаров
Калий усиливает накопление моносахаров в плодовых и овощных культурах, повышает содержание сахаров в корнеплодах, крахмала в картофеле, утолщает стенки клеток соломины злаковых культур и повышает устойчивость хлебов к полеганию, а у льна и конопли улучшает качество волокна.
Способствуя накоплению углеводов в клетках растений, калий увеличивает осмотическое давление клеточного сока и тем самым повышает холодоустойчивость и морозостойкость растений.
Калий поглощается растениями в виде катионов и, очевидно, в такой форме остается в клетках, активизируя важнейшие биохимические процессы в клетках растения, калий повышает их устойчивость к различным заболеваниям, как в течение вегетации, так и в послеуборочный период, значительно улучшает лежкость плодов и овощей.
Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления совпадает с периодом интенсивного прироста биологической массы.
В отличие от азота и фосфора, калия больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных. Например, в соломе большинства злаков калия больше почти в два раза, а в стеблях кукурузы – в 5 раз, чем в зерне. Поэтому вынос К2О с нетоварной частью урожая, как правило, выше, чем с товарной (за исключением зернобобовых)
|
|
|
Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена веществ у растений, ослабляется деятельность ряда ферментов, нарушается углеводный и белковый обмен, повышается затраты углеводов на дыхание. В итоге продуктивность растений падает, качество продукции снижается.
У зерновых формируется щуплое зерно, снижается всхожесть и жизнеспособность семян. Часто из-за уменьшения прочности соломины хлеба полегают. Снижается содержание крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, пектиновых веществ в плодах и ягодах, витаминов в продукции. Возрастает поражаемость болезнями. Падает лежкость при хранении.
Внешне калийное голодание проявляется в первую очередь на листьях нижнего яруса, они преждевременно желтеют, начиная с краев, в дальнейшем края буреют, а затем отмирают и разрушаются, вследствие чего они выглядят, как обожженные, это явление получило название «краевой ожог». Это явление называется «краевой ожог». Дефицит калия приводит к снижению тургора, листья вянут и поникают. Чаще всего недостаток калия проявляется в период интенсивного роста (в середине вегетации), когда его содержание в клетках уменьшается в 3-5 раз от нормы.
Сильнее всего на недостаток калия реагируют калиелюбивые культуры.
Чрезмерное калийное питание растений также негативно отражается на их росте и развитии. Проявляется оно в возникновении между жилками листьев бледных мозаичных пятен, которые со временем буреют, а затем листья опадают.
Таким образом, регулируя уровень калийного питания растений, можно в значительной мере влиять на их продуктивность и качество получаемой продукции.
Содержание калия в почве, калийный режим почв
Содержание в почве и доступность калия
|
|
|
Валовое содержание калия часто превышает содержание азота и фосфора, и определяется гранулометрическим составом. Особенно богаты калием глинистые и суглинистые почвы, где содержание достигает 2-3 %. Песчаные, супесчаные и торфяные почвы бедны калием – до 0,1 %.
Однако, валовое содержания калия в виду особенностей обменных реакций, не означает достаточного обеспечения им растений, так как только около 1% его валового содержания доступно для растений. В связи с этим, об обеспеченности калием на разных типах почв судят не по общему (валовому) проценту его содержания, а по соотношению между его формами.
По доступности для растений все соединения калия в почве разделяют на пять групп:
1. Калий горных пород и минералов составляет 98-99 % общего количества калия в почве и представлен в виде труднорастворимых алюмосиликатов: полевых шпатов, слюд и гидрослюд. Он становится доступным растениям только после разрушения и превращения минералов в более простые минералы и соли и большого значения в питании растений не имеет. Однако некоторое минералы (мусковит, биотит и нефелин) способны трансформировать в доступные форму некоторую часть калия под действием углекислого газа и некоторых органических кислот, выделяющихся корнями растений. Скорость переход калия из необменных в обменные формы зависит от типа почв. Для дерново-подзолистых почв она составляет 15-30 кг/га в год, для выщелоченных черноземов – около 60 кг/га.
2. Обменный, или поглощенный, калий представлен катионами калия в почвенном поглощающем комплексе. Катионы ППК и водорастворимые соединения калия – это основные источники калийного питания растений. Поэтому степень обеспеченности почв калием для питания растений принято выражать содержанием его в подвижной форме (сумма водорастворимого и обменного). Содержание в почве может быть от 50 до 300 мг на 1 кг почвы. В процессе вегетации растения используют только часть обменного калия, что определяется свойствами почвы, биологическими особенностями растений, погодными условиями и т.д.
3. Водорастворимые соединения калия (нитраты, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты) находятся в почвенном растворе. Наиболее доступная для растений, но содержатся в очень незначительных количествах: от 1 до 7 мг К2О в 1 кг почвы, или от 3 до 21 кг на 1 га. Составляют 10-20 % (около 1 % по данным Э. Рюбензама и К. Рауэ) обменного калия. Он образуется в результате химического и биологического воздействия на минералы. Частично переходит в водорастворимую форму из обменного состояния в результате вытеснения из почвенного поглощающего комплекса, а также от удобрений.
|
|
|
Разграничение обменной и водорастворимых форм достаточно условно, поскольку, в зависимости от условий окружающей среды (температуры, влажности и т. д.), содержание водорастворимого калия уменьшается или увеличивается за счет обменного.
4. Калий органического вещества входит в состав растительных остатков и микроорганизмов. Растениями непосредственно не усваивается, но в процессе минерализации органических веществ легко переходит в почвенный раствор и становится доступным для растений. Однако даже на хорошо окультуренных почвах содержание калия, входящего в состав плазмы микроорганизмов не превышает 25 кг/га и в связи с этим эта форма калия практического значения в питании растений не имеет.
5. Необменный, или фиксированный, калий поглощается почвой, прочно удерживается кристаллической решеткой минералов и поэтому труднодоступен для растений. Закрепление калия в необменную форму интенсифицируется в щелочной среде, преобладает в солонцах. Процесс протекает наиболее активно в условиях переменного смачивания и подсыхания почвы и преобладает в почвах тяжелого гранулометрического состава, содержащих глинистые минералы монтмориллонит и гидрослюды, которым характерна внутрикристаллическая адсорбция катионов, в отличие от каолинита.
Не экстрагируется из почвы растворами слабых кислот и нейтральных солей, включает в себя фиксированный природный и искусственно фиксированный калий. Природный фиксированный калий – калий, удерживаемый в решетке глинистых минералов. Искусственно фиксированный калий расположен в межпакетных пространствах кристаллической решетки. Он используется растениями лучше, чем природный фиксированный. Черноземы фиксируют калий в большей степени, чем дерново-подзолистые почвы. Формы калия в почве не постоянны и могут переходить друг в друга.
Валовое содержание калия в почве определяется и характером материнской породы:
- осадочные горные породы (материнские для многих почв) содержат калия не менее
2,14 % от общей массы.
- тяжелые глинистые почвы содержат до 3-4 % калия.
- суглинистые почвы – 2-2,5 % калия от общей массы.
- бедные песчаные почвы – 0, 7-1 % калия от общей массы.
Почвы обладают определенным пределом фиксации калия из удобрений: для дерново-подзолистых он редко превышает 200 кг/га, для черноземов может достигать 300-700 кг К2О на 1 га. Использование калийных удобрений позволяет достичь полного насыщения емкости фиксации калия.
Оптимальным содержанием обменного калия в почве, при котором наблюдается максимальная урожайность культур, составляет для дерново-подзолистых и серых лесных почв – 170-225 кг/га.
В основных подтипах черноземов оптимальным содержанием подвижного калия в зависимости от почвы, культуры и метода определения составляет по Чирикову от 130 до 200 мг/кг, по Мачигину – до 400 мг/кг.
Почти все почвы (кроме торфяных) содержат калия в 5-10 раз больше, чем азота и фосфора. Удельный вес этого элемента колеблется от 0,5 до 3 % в разных типах почв. Больше калия (2-2,5 %) содержат глинистые и суглинистые почвы, меньше (1-2 %) – песчаные и супесчаные. Торфяные почвы содержат только 0,03 – 1 % калия. Однако калий содержится в почвах главным образом в недоступной для растений форме.
Калийный режим почвы
Характер калийного режима в почвах определяется особенностями почвенного поглощающего комплекса почв и их гидротермическим режимом – чередованием периодов увлажнения-иссушения и промерзания-оттаивания. Основным источником удовлетворения потребности растений в калийном питании является обменный калий. На воднорастворимый калий приходится в среднем 10-20 % от обменного калия.
Резервом постоянного возобновления доступных для растений форм калия являются необменные формы. Они весьма значительны. В черноземных почвах в корнеобитаемом слое их запас оценивается до 7 т/га. К резерву относится также калий органического вещества. Количество его невелико – около 70 в дерново-подзолистых и серых лесных почвах и чуть более 300 кг/га в черноземах. Всего в потенциальном резерве сосредоточено 50-80 % от общего запаса калия. Он представлен в механических элементах крупнее 0,001 мм. В их состав входят полевые шпаты и слюды.
Основным источником восполнения доступного для растений калия является ближайший резерв. Он представлен формами калия, которые связаны со слоистыми глинистыми минералами. На его долю приходится от четверти до половины общего запаса калия.
Таким образом, наиболее доступен растениям калий илистой фракции, в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии. Именно в этой фракции высокое содержание слюдистых минералов.
Требовательность культур к калийному питанию в различные периоды их роста и развития неодинаковая. Интенсивное потребление калия пшеницей приходится на периоды кущения-трубкования и колошения-цветения. Примерно за 30 дней яровая пшеница усваивает из почвы все количество калия, которое необходимо на весь жизненный цикл. Наивысшая концентрация калия отмечается в фазу кущения 3.5-4 %, относительный минимум приходится на период созревания.
Виды калийных удобрений
Калийные минеральные удобрения бывают:
· промышленного производства (калий хлористый, калимагнезия, сульфат калия);
· содержащие элемент материалы, применяемые в качестве удобрений (сильвинит, цементная пыль, нефелиновые хвосты, растительная зола).
Деление можно провести также на:
· простые (сульфат калия, калий хлористый);
· сложные, комплексные (калиевая селитра, калийфос, азофоска).
Название удобрения может быть разным в зависимости от предприятия изготовителя и их сертификации. При приобретении следует обращать внимание на состав.
Калийные удобрения классифицируются на сырые калийные соли и концентрированные калийные удобрения.
Сырые калийные соли – сильвинит и каинит.
Концентрированные калийные удобрения – хлористый калий, калийная соль, сульфат калия, сульфат калия-магния.
Сырые калийные соли
Сырые калийные соли (сильвинит, каинит) получают дробление и размолом природных калийных солей. Как правило, для производства используют концентрированные пласты месторождения, менее концентрированные — на переработку. Первое время в качестве удобрения преимущественно применяли сырые калийные соли, впоследствии стали вытесняться концентрированными по причина того, что содержат много балластных веществ, который увеличивают расходы на транспортировку и внесение. По причине дорогой транспортировки сырые калийные соли используются в районах их добычи в ограниченных масштабах. Основная часть используется для получения концентрированных калийных удобрений.
Сильвинит – минерал, представляющий смесь хлоридов калия и натрия, содержит 12-18 % K2O и 35-40 % Na2O. Согласно техническим условиям сильвинит Соликамского месторождения должен содержать 15 % K2O. Гигроскопичен, при хранении слеживается.
Выпускается в грубом помоле с размером кристаллов 1-5 мм. Розовато-бурого цвета с включением синих кристаллов. Транспортируют бестарным способом. Вносят под натриелюбивые культуры.
Каинит, KCl ⋅MgSO4 ⋅3H2O – минерал каинито-лангбейнитовой породы, представ-ляющий крупные розовато-бурые кристаллы, с механическими примесями каменной соли (NaCl), CaSO4, MgSO4 и др. Содержит примерно 10-12 % K2O, 6-7 % МgO, 32-35 % Сl–, 22-25 % Na2O, 15-17 % SO42-. При смешивании каинита и хлористого калия, получают калийную соль, содержащую 30-40 % K2O. Влажность не более 5 %. Не слеживается, транспортируют навалом (насыпью).
Является хорошим удобрением для сахарной свеклы на чернозёмах. Добывается в Стебнике (Западная Украина), по составу каинит этих месторождений близок к Соликамскому сильвиниту.
|
|
|
