Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru
Агрономия, земледелие, сельское хозяйство
Home » Агрохимия » Калий в жизни растений
Популярные статьи
Калий в жизни растений
Калий — химический элемент, наряду с азотом и фосфором является важнейшим элементом питания растений. Попытки заменить его близкими элементами (натрием, литием, рубидием) оказались безуспешными.
Впервые предположение о необходимости калия для растений были высказаны Сосюром в 1804 г. на основании химического анализа золы растений, в которой всегда присутствовал калий. Позже Либих сделал вывод о необходимости использования калийных удобрений. Первые экспериментальные подтверждения о необходимости калия растениям получены Сальм-Горстмаром в 1846 г.
Содержание калия в растительном организме
Калий в растениях сосредоточен главным образом в цитоплазме и вакуолях клеток в ионной форме. Не входит в состав органических соединений, но участвует в фотосинтезе. Примерно 80% калия находится в клеточном соке растений и может легко вымываться водой, например дождями и особенно из старых листьев, остальные 20% удерживаются в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы. Он усиливает гидратацию коллоидов цитоплазмы, повышая водоудерживающую силу и засухоустойчивость растений. Около 1% необменно поглощается митохондриями.
В дневное время суток, калий, сохраняя подвижность, удерживается в клетках растений. Ночью, когда фотосинтез останавливается, часть калия может выделяться через корневую систему, но при появлении первых лучей Солнца, вновь поглощается растением.
В молодых органах растений содержат в 3-5 раз больше калия, чем в старых: его содержание выше в органах и тканях, где интенсивно протекают процессы обмена веществ и деления клеток. Поэтому калий также называют элементом молодости. Калий в больших количествах содержится в пыльце растений. Так, в золе пыльцы кукурузы содержится до 35,5% калия, тогда как на кальций, магний, серу и фосфор приходится в сумме 24,7%. Подвижность калия обусловливает его реутилизацию за счет перемещения из старых листьев в молодые. Поэтому его распределение в растениях характеризуется базипептальным градиентом концентрации, то есть его содержание в листьях и стебле в пересчете на единицу сухого вещества увеличивается снизу в верх.
В клеточном соке содержание калия значительно выше, чем других катионов, и в 100-1000 раз превышает концентрацию в почвенном растворе.
В отличие от азота и фосфора калий концентрируется в вегетативных органах, а не в репродуктивных. Так, в соломе злаков калия в 2 раза больше, а в стеблях кукурузы — в 5 раз, чем в зерне. Поэтому вынос калия с нетоварной частью урожая, обычно больше, чем с товарной, за исключением зернобобовых растений.
Содержание калия в растениях может меняться в зависимости от климатических условий, применяемой агротехники, плодородия почв.
В зерне зерновых культур содержится 15% от всего количества калия в урожае, в соломе — 85%. В клубнях картофеля — до 95%, в ботве — до 5% от общего выноса.
Таблица. Среднее содержание K2O в урожае некоторых сельскохозяйственных культур, % на абсолютно сухое вещество (по Петербургскому)
| Культура | Продукция | K2O | Культура | Продукция | K2O |
|---|---|---|---|---|---|
| Озимые зерновые | Зерно | 0,65 | Картофель | Клубни | 2,40 |
| Солома | 1,10 | Ботва | 3,70 | ||
| Яровые зерновые | Зерно | 0,67 | Капуста белокочанная | Кочаны | 4,60 |
| Солома | 1,30 | Морковь | Корнеплоды | 3,20 | |
| Кукуруза | Зерно | 0,43 | Огурец | Плоды | 5,65 |
| Стебли | 1,93 | Томат | Плоды | 5,60 | |
| Горох | Зерно | 1,46 | Лен | Солома | 1,10 |
| Солома | 0,60 | Хлопчатник | Волокно | 1,00 | |
| Сахарная свекла | Корнеплоды | 1,00 | Клевер луговой | Сено | 1,80 |
| Ботва | 3,00 | Люцерна | Сено | 1,80 | |
| Кормовая свекла | Корнеплоды | 3,50 | Вика | Сено | 1,20 |
| Ботва | 2,63 | Тимофеевка | Сено | 2,42 |
Значение калия
Калий регулирует фотосинтез, увеличивает отток углеводов из пластинки листа в другие органы, участвует в синтезе сахаров и высокомолекулярных углеводов — крахмала, целлюлозы, пектиновых веществ, ксиланов.
Калий способствует накоплению моносахаридов в плодовых и овощных культурах, сахарозы в корнеплодах, крахмала в картофеле, утолщает стенки клеток соломины злаковых культур, повышает устойчивость к полеганию, у льна и конопли улучшает качество волокна.
Благодаря накоплению углеводов в клетках растений, калий усиливает осмотическое давление клеточного сока, тем самым повышая холодоустойчивость и морозостойкость растений.
Таблица. Влияние калия на содержание редуцирующих сахаров, сахарозы и крахмала в листьях и черешках томата, % (по Багаеву)
| Показатель | Листья | Черешки | ||
|---|---|---|---|---|
| с калием | без калия | с калием | без калия | |
| Редуцирующие сахара | 2,34 | 2,01 | 1,56 | 1,00 |
| Сахароза | 1,20 | 0,35 | 0,00 | 0,00 |
| Крахмал и декстрины | 2,48 | 1,00 | 4,22 | 0,96 |
Накопление калия в хлоропластах и митохондриях способствует стабилизации их структуру и образованию АТФ. Он увеличивает гидрофильность коллоидов протоплазмы, при этом уменьшается транспирация, что способствует растениям лучше переносить кратковременные засухи.
Калий участвует в синтезе и обмене белков. При его недостатке синтез снижается с одновременным распадом старых молекул белков. В растениях накапливаются аминокислоты. Оптимизированное калийное питание приводит к повышению доли белка в растениях пшеницы. Усиливается синтез аспарагина и глютамина. Положительное действие калия на синтез белков связано с его влиянием на накопление и трансформацию углеводов (углеводы в процессе дыхания образуют кетокислоты, из которых синтезируются аминокислоты), а также с усилением ферментативной активности синтеза белка.
Калий катализирует синтез витаминов тиамина и рибофлавина, регулирует функционирование замыкающих клеток устьиц листьев.
Калий поглощается растениями в виде катиона и в этой форме остается в клетках и является основным противоионом отрицательно заряженных анионов клетки. Калий создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой.
Участвуя в важнейших биохимических процессах, калий повышает устойчивость к различным заболеваниям в течение вегетации и в послеуборочный период, улучшает лежкость плодов и овощей.
Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после появления всходов. Период максимального потребления, чаще всего, совпадает с периодом интенсивного прироста биологической массы. У некоторых культур, например, льна, поступление калия останавливается к фазе полного цветения или к цветению — началу молочной спелости, как у зерновых и зернобобовых. У других культур поступление более растянуто и происходит в течение всего вегетационного периода, как у картофеля, сахарной свеклы, капусты.
В районах, в которых действие калийных удобрений наиболее эффективно, их применение обеспечивает на каждый килограмм внесенного калия удобрений прибавку урожая: 2-3 кг зерна, 20-33 кг картофеля, 35-40 кг сахарной свеклы, 1-1,5 кг льноволокна, 20-33 кг сена сеяных трав и 8-18 кг сена луговых трав.
Источник
Калийные удобрения
Калийные удобрения являются основным источником калия для сельскохозяйственных растений, используются как при основном внесении, так и в подкормках для всех сельскохозяйственных культур. [4]
Содержание:
Поведение в почве
Калийные удобрения слабо мигрируют по почвенному профилю. Исключение – песчаные и супесчаные почвы.
После внесения в почву калийные удобрения быстро растворяются в почвенном растворе и вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом по двум типам поглощения: обменного (физико-химического) и необменного.
Обменное поглощение
Обменное поглощение катионов калия составляет незначительную часть от всей емкости поглощения. Реакция обменного поглощения катионов калия почвой обратима.
Обменное поглощение
Схема реакции обменного поглощения катионов кальция почвой.
На примере хлористого калия она выглядит следующим образом: (Изображение)
Результатом перехода калия в обменно-поглощенное состояние является ограничение его подвижности в почве и предотвращение вымывания за пределы пахотного слоя. Обменно-поглощенный почвой калий доступен для растений.
При обратном процессе почвенный раствор постепенно вытесняет из ППК катионы калия. Этому способствуют и корневые выделения растений.
Калий при обменном поглощении почвой вытесняет из ППК некоторое количество катионов других химических элементов: магния, водорода, аммония, кальция и других. Состав вытесненных катионов зависит от типа почвы.
На слабокислых и нейтральных почвах этот процесс не отражается на реакции почвенного раствора, а на кислых и сильнокислых почвах, особенно легкого гранулометрического состава, при присутствии в ППК обменного водорода и алюминия наблюдается заметное подкисление почвенного раствора.
Дополнительное подкисление почвенного раствора осуществляется за счет физиологической кислотности калийных солей. Однако в значительной степени это проявляется только при длительном применении под калиелюбивые культуры (свеклу, картофель).
Необменное поглощение
Необменный (фиксированный) калий удобрений обладает меньшей подвижностью, чем обменно-поглощенный. Доступность фиксированного калия растениям сильно затруднена.
Необменное поглощение катионов свойственно глинистым минералам монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, которые имеют трехслойную разбухающую решетку.
Очевидно, что, чем больше в почве минералов монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, тем сильнее фиксация калия.
Механизм фиксации
Размер необменного поглощения не зависит от формы калийного удобрения. Эта величина зависит от размера частиц и доз вносимых удобрений. Крупнокристаллические и гранулированные удобрения способствуют снижению фиксации калия на 20–30 % как следствие меньшего контакта удобрения с почвой.
При увеличении дозы абсолютное количество фиксированного калия возрастает, однако в процентном отношении к внесенной дозе наблюдается понижение фиксации. При этом следует учитывать, что потенциальная способность почвы к фиксации калия очень велика. [4]
Источник
ЗНАЧЕНИЕ КАЛИЯ ДЛЯ РАСТЕНИЙ И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ В ПОЧВЕ
Оглавление
Значение калия для растений
Калий является одним из основных элементов питания, наряду с азотом и фосфором. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична.
Первые предположения о необходимости калия растениям выразил Ссср в 1804 г. на основании анализа золы растений, в которой всегда присутствовал калий. Затем Либих сделал вывод о необходимости применения калийных удобрений. Первые экспериментальные данные об абсолютной необходимости калия растениям были получены Сальм-Хорстмар в 1846 г.
В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений в растениях, а находится в клетках растений в ионной форме в виде растворимых солей в клеточном соке и частично в виде недолговечных комплексов с коллоидами цитоплазмы.
Калия значительно больше в молодых жизнеспособных частях и органах растений, чем в старых. Около 80% калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой (дождями и при поливе). Молодые органы растения содержат калия в 3-5 раз больше, чем старые: его больше в тех органах и тканях, где идут интенсивно процессы обмена веществ и деления клеток. При недостатке калия в питательной среде происходит отток его из старейших органов и тканей в молодые растущие органы, где он подвергается повторному использованию (реутилизации).
| Культуры | Продукция | Содержание элементов питания | ||
|---|---|---|---|---|
| N | P 2 O 5 | K 2 O | ||
| Пшеница озимая | Зерно | 2.8 | 0.85 | 0.5 |
| Пшеница озимая | Солома | 0.45 | 0.2 | 0.9 |
| Пшеница яровая | Зерно | 3.4 | 0.85 | 0.6 |
| Пшеница яровая | Солома | 0.67 | 0.2 | 0.75 |
| Ячмень | Зерно | 2.1 | 0.85 | 0.55 |
| Ячмень | Солома | 0.5 | 0.2 | 1 |
| Кукуруза | Зерно | 1.91 | 0.57 | 0.37 |
| Кукуруза | Солома | 0.75 | 0.3 | 1.64 |
| Горох | Зерно | 4.5 | 1 | 1.25 |
| Горох | Солома | 1.4 | 0.35 | 0.5 |
| Лен | Семена | 4 | 1.35 | 1 |
| Лен | Солома | 0.62 | 0.42 | 0.97 |
| Подсолнечник | Семена | 2.61 | 1.39 | 0.96 |
| Подсолнечник | Целое растение | 1.56 | 0.76 | 5.25 |
| % на сырую массу | ||||
|---|---|---|---|---|
| Картофель | Клубни | 0.32 | 0.14 | 0.6 |
| Картофель | Ботва | 0.3 | 0.1 | 0.85 |
| Сахарная свекла | Корни | 0.24 | 0.08 | 0.25 |
| Сахарная свекла | Ботва | 0.35 | 0.1 | 0.5 |
| Капуста | Кочаны | 0.33 | 0,09-0,12 | 0,27-0,44 |
| Томаты | Плоды | 0.26 | 0.07 | 0,29-0,36 |
Физиологические функции калия
Физиологические функции калия в растительном организме разнообразны. Он оказывает положительное влияние на физическое состояние коллоидов цитоплазмы, повышает их обводненность, набухаемость и вязкость, что имеет большое значение для нормального обмена веществ в клетках, а также для повышения устойчивости растений к засухе. При недостатке калия и усилении транспирации растения быстрее теряют тургор и увядают.
Калий положительно влияет на интенсивность фотосинтеза, окислительных процессов и образования органических кислот в растениях, участвует в углеводном и азотном обмене. При недостатке калия в растении тормозится синтез белка, в результате нарушается весь азотный обмен.
Недостаток калия особенно сильно проявляется при питании растений аммонийный азотом. Внесение высоких норм аммонийного азота при недостатке калия приводит к накоплению в растениях большого количества не переработанного аммиака, который оказывает вредное действие на растение. При недостатке калия задерживается превращение простых углеводов в более сложные (олиго- и полисахариды).
Калий повышает активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, в частности сахаразы и амилазы. Этим объясняется положительное влияние калийных удобрений на накопление крахмала в клубнях картофеля, сахара в сахарной свекле и других корнеплодах. Под влиянием калия повышается морозоустойчивость растений, что связано с большим содержанием сахаров и увеличением осмотического давления в клетках.
При достаточном калийном питании повышается устойчивость растений к различным заболеваниям, например в зерновых хлебов — к мучнистой росе и ржавчине, в овощных культур, картофеля и корнеплодов — к возбудителям гнилей. Значительно улучшает лежкость плодов и овощей. Калий положительно влияет на прочность стеблей и устойчивость растений к полеганию, на выход и качество волокна льна и конопли.
Содержание калия в клетках растения значительно выше, чем других катионов. Внутриклеточная концентрация калия в растениях в 100-1000 раз превышает его концентрацию в почвенном растворе.
Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления совпадает с периодом интенсивного прироста биомассы. Поступление калия заканчивается у льна в фазу цветения, у зерновых и зернобобовых — до цветения, молочной спелости. У других культур период поступления калия в растения более растянут, и проходит в течение всего вегетационного периода (картофель, сахарная свекла, капуста).
Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции различных сельскохозяйственных культур определяется, прежде всего, их видовыми особенностями, но зависит также от сорта и условий выращивания. Содержание азота и фосфора значительно выше в хозяйственно ценной части урожая — зерне, корне и клубнеплодов, чем в соломе и ботве. Калия же больше содержится в соломе и ботве, чем в товарной части урожая.
Калиелюбивые культуры (сахарная и кормовая свекла, картофель, капуста и кукуруза) потребляют этот элемент гораздо больше, чем зерновые и зернобобовые культуры, лен и травы. Также много калия потребляет подсолнечник.
Общий вынос калия с урожаем сельскохозяйственных культур сильно различается. Это обусловлено особенностями химического состава растений, колебаниями в уровне формирования урожая и изменением его структуры.
Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена веществ у растений. В результате производительность растения падает, качество продукции снижается, растения начинают чаще поражаться различными болезнями.
Внешние признаки калийного голодания проявляются в побурении краев листовых пластинок — `краевом запале`. Края и кончики листьев приобретают `обожженный` вид на пластинках появляются мелкие ржавые пятна. При недостатке калия клетки растут неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев. В картофеле на листьях появляется также характерный бронзовый налет. Особенно часто недостаток калия проявляется при выращивании более требовательных к этому элементу картофеля, корнеплодов, капусты, силосных культур и многолетних трав. Зерновые злаки менее чувствительны к недостатку калия. Но и они при остром дефиците калия плохо кустятся, междоузлия стеблей укорачиваются, а листья, особенно нижние, вянут даже при достаточном количестве влаги в почве.
Чрезмерное калийное питание растений также негативно сказывается на их росте и развитии. Проявляется оно в возникновении между жилками листьев бледных музыкальных пятен, которые со временем буреют, а затем листья опадают. Поэтому оптимально разработанный план калийного питания растений в значительной степени будет влиять на производительность и качество урожая.
Калий в почве
Содержание калия (K2О) в различных почвах колеблется от 0.5 до 3% и зависит от механического состава. Больше калия содержится в глинистой фракции почвы. Поэтому тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче калием (2-3%), чем песчаные и супесчаные (1.5-2%). Очень бедные калием торфянистые почвы (0.03-0.05%). В большинстве суглинистых почв калия содержится 2-2.5%, то есть значительно больше, чем азота и фосфора. Общий (валовый) калий содержится:
- в составе первичных и вторичных минералов (не менее 91%),
- в обменно-поглощенном (0,5-2%) и необменно-поглощенном (до 9%) состояниях,
- в виде солей почвенного раствора (0.05-0.2%),
- в составе пожнивно-корневых остатков, микроорганизмов (до 0.05%).
По степени подвижности и доступности для растений содержащиеся в почве соединения калия можно разделить на следующие основные формы.
Необменно-поглощенный (фиксированный) калий
Bходит в состав крепких алюмосиликатных минералов, главным образом полевого шпата (ортоклаз и др.) И слюды (мусковит, биотит и др.). Калий полевого шпата малодоступен для растений. Однако под воздействием воды и растворенной в ней углекислоты, изменений температуры среды и деятельности почвенных микроорганизмов происходит постепенное разложение этих минералов с образованием растворимых солей калия. Калий мусковита и биотита доступный растениям.
Обменно-поглощенный калий
Поглощенный почвенными коллоидами, составляет 0.8-1.5% общего содержания калия в почве. Ему принадлежит основная роль в питании растений. Хорошая доступность обменного калия для растений обусловлена его способностью при обмене с другими катионами легко переходить в раствор, из которого он усваивается растениями. При усвоении растениями калия из раствора новые порции его переходят из поглощенного состояния в почвенный раствор. По мере использования обменного калия этот процесс все больше замедляется, а остаточный калий все прочнее удерживается в поглощенном состоянии. Содержание обменного калия может служить показателем степени обеспеченности почвы усваиваемым калием. Обычные и мощные черноземы и сероземы богаче обменным калием, чем дерново-подзолистые почвы, особенно песчаные и супесчаные.
Водорастворимый калий
Представлен различными солями, растворимыми в почвенной влаге (нитраты, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты), которые непосредственно усваиваются растениями. Содержание его в почве обычно незначительное (около 1/10 от обменного), так как калий из раствора немедленно переходит в поглощенное состояние и потребляется растениями. В некоторых почвах водорастворимый калий (а также калий, внесенный в почву как удобрение) может поглощаться в необменной форме, в результате снижается доступность его для растений. Необменная фиксация калия, как и иона аммония, наиболее сильно выражена на черноземах и серозёмах, особенно при их попеременном увлажнении и высушивании.
Между различными формами калия в почвах существует динамическое равновесие. Количество водорастворимых форм калия может пополняться за счет обменно-поглощенных, уменьшение которых через некоторое время может возмещаться за счет фиксированной формы. Следует иметь в виду, что при внесении водорастворимых калийных удобрений их трансформация может протекать в обратном направлении. Часть калия теряется из корневого слоя за счет инфильтрации (процесса пропитки и просачивания) от 2% в тяжелых и до 5% на легких почвах от внесенного количества удобрений. Также потери могут происходить от водной или ветровой эрозии.
Итак, главным условием для поддержания оптимального баланса питательных веществ в почве, в том числе и калия, является компенсация затрат за счет применения минеральных и органических удобрений.
Источник