проблемы калия в современном земледелии

ПРОБЛЕМЫ КАЛИЯ В СОВРЕМЕННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
План занятия:
1. Питание растений калием.
2. Превращение калия в почве.
3. Баланс калия в земледелии.
1. Питание растений калием.
В растении обнаруживается в ионной форме и сосредотачивается главным образом в клеточном
соке (около 80%), в цитоплазме (20%), до 1% поглощается необменно коллоидами, отсутствует в ядре
клеток.
Калий принадлежит к числу элементов безусловно необходимых человеку, всем животным,
растениям и микроорганизмам. Между тем до сих пор не известны органические соединения,
синтезируемые в них, непременной составной частью которых являлся бы этот элемент. Не
обнаруживается он и в составе ферментов, однако этот катион оказывает влияние на такие важные
процессы обмена веществ, как поглощение питательных веществ и воды, фотосинтез, синтез углеводов
и белков.
В растении калий распределен неравномерно: его всегда больше в тех органах и тканях, где
сохраняется высокий уровень обмена веществ и происходит интенсивное деление клеток (меристема,
молодые побеги и другие). Обращает на себя внимание высокое содержание калия в пыльце.
Легкая подвижность калия в растениях обусловливает его реутилизацию (повторное
использование). Это достигается передвижением элемента из старых листьев в молодые.
Калий поглощается корнями в виде К+ и остается в растении как свободный заряженный ион,
образуя лишь слабые связи с веществами клеток, выполняет функции противоиона для нейтрализации
отрицательных зарядов как неорганических анионов, так и клеточных полиэлектролитов, а также
создает ионную асимметрию и разность электрических потенциалов между клеткой и средой –
возможна транспортная функция.
Опосредованно, через активизацию хлорофилла, ему приписывается функция участия в
энергетическом обмене и в процессе фотосинтеза. Считается установленным, что калий регулирует
оводненность клетки, тем самым ему приписывают участие в водном обмене и способность
кратковременно повышать засухоустойчивость растений. Калий принимает участие в углеводном
обмене и ему присуща транспортная функция углеводов из органов образования в органы накопления и
приписывается способность повышать зимостойкость и морозостойкость растений.
Оптимальное питание растений калием положительно влияет на здоровье растений,
предупреждает или снижает поражение грибковыми и бактериальными заболеваниями,
паразитирующими растениями.
Внешние признаки калийного голодания проявляются сначала в пожелтении, затем побурении
краев листьев и обнаруживаются у растений, когда содержание калия в них уменьшается в 3-5 раз, по
сравнению с нормально развитыми.
Недостаток калия затягивает развитие культур и их созревание. при оптимальном питании этим
элементом изменяется анатомическое строение растений. Так, у злаков увеличивается доля
склереихимы в составе клеточных стенок соломины и толщина эпидермиса, что делает её более
прочной. Это уменьшает опасность полегание хлебных злаков.
Таким образом, участия калия в обменных процессах разнообразно и многообразно. Элемент
стимулирует течение процесса фотосинтеза, усиливает отток продуктов фотосинтеза из пластинки
листа в другие органы. Не входя в состав ферментов, он активизирует работу многих из них:
рибофлавина, тиаминина, киназы, пировиноградной кислоты, экзимов, с участием которых
синтезируются некоторые пептидные связи, что повышает биосинтез белков из аминокислот и другие
процессы. В этих реакциях калий служит переносчиком электронов. Калий увеличивает
гидрофильность (оводненность) коллоидов протоплазмы, что поддерживает организм в молодом
деятельном состоянии. При оптимальном обеспечении элементом растения лучше удерживают воду,
легче переносят кратковременные засухи.
Интенсивное накопление углеводов в растениях при достаточном калийном питании повышает
качество урожая: увеличивает содержание сахара в плодах и овощах, крахмала в картофеле, тонину и
прочность волокна конопли, льна, хлопка и других прядильных культур. Одновременно с улучшением
качества продукции растениеводства повышается устойчивость растений к слабым заморозкам, что
наблюдается на пожнивных посевах сельскохозяйственных культур, озимых и зимующих растений,
яровых в случае возвратных заморозков весной. Это происходит вследствие повышения осмотического
давления клеточного сока, понижения температуры замерзания его.
Растение потребляет калия значительно больше, чем фосфора и незначительно меньше, чем
азота. Калий своим присутствием в почвенном растворе способствует активизации механизма
синергизма при поглощении ряда ионов, как и антагонизма отдельных катионов. В присутствии К+
скорость поглощения Mg2+ уменьшается в два раза, а также кальция. Повышение концентрации калия
способствует дальнейшему снижению скорости поглощения магния, что отрицательно влияет на
формирование хлорофилла, и при резком падении скорости поглощения магния прерывается процесс
восстановления нитратов в растениях. Обратного влияния не обнаруживается.
Различные сельскохозяйственные растения потребляют неодинаковое количество калия.
Сравнительно много элемента потребляют плодово-ягодные растения, сахарная и кормовая свекла,
подсолнечник, конопля, кукуруза, многолетние бобовые травы, гречиха, зернобобовые.
Колебания в содержании К2О (в процентах на абсолютно сухое вещество) находятся в прямой
зависимости от вида, возраста и органов растений; в зерне злаковых колосовых культур содержится
0,65-0,85, в соломе – 1,20-1,35 и более; в зерне кукурузы – 0,45-0,80, в стеблях – 1,90-2,10; в
корнеплодах – от 1 до 3,5, в ботве – 2,70-3,0. На содержание калия в растениях существенное влияние
оказывают почвенно-климатические условия. Зерновые культуры поглощают калий адекватно азоту или
несущественно меньше и в 2-3 раза больше, чем фосфора. Овощные культуры, сахарная свекла,
картофель, подсолнечник, кукуруза, многолетние травы поглощают калий в 1,5 и более раза больше,
чем азота и в 4-5 раз больше, чем фосфора.
Содержание в растениях меньше 3% К2О в ростовый период (всходы-цветение) свидетельствует
о недостаточности калийного питания и о наличии больных или предрасположенных к заболеванию
сельскохозяйственных культур. Поэтому, нередко в борьбе с различными грибковыми и другими
заболеваниями, паразитирующими на растениях, рекомендуется применение калийно-фосфорных
вытяжек в виде опрыскивания.
Следует особо подчеркнуть, что в отличие от азота и фосфора, калий сосредотачивается в
неотчуждаемой из хозяйства части урожая. Следовательно, при хозяйском отношении к нетоварной
части урожая, возвращение ее в поле позволит существенно повлиять на калийный режим почвы и
питание растений.
Увеличение выноса калия с возрастом растений, подобно азоту и фосфору, сопровождается
снижением его концентрации в растениях. Несмотря на отмеченное снижение концентрации калия в
растениях, абсолютное содержание его в урожае может возрастать вплоть до уборки урожая –
подсолнечник, сахарная свекла и некоторые другие сельскохозяйственные культуры. Убывание калия
из растений можно объяснить вымыванием дождями из старых листьев.
2. Превращение калия в почве.
Безусловная и большая потребность растений, а также микроорганизмов в калии оказывает
существенное влияние на миграцию элемента в природе. В земной коре калий содержится в
существенных количествах. Общее наличие калия в почве всегда бывает гораздо более высоким, чем
таких дефицитных элементов питания растений, как фосфор и азот вместе взятых. Наибольшим
содержанием элемента отличаются тяжелые по гранулометрическому составу черноземы, темнокаштановые и светло-каштановые почвы. Он входит в состав минералов, находящихся в
тонкодисперсном состоянии, главным образом, в глинистых частицах. В глинистых и суглинистых
почвах содержание общего калия колеблется в пределах 2-3% от массы почвы; меньше его содержится
в песчаных, супесчаных почвах.
Обеспеченность сельскохозяйственных культур калием на разных типах (подтипах) почв
определяется не столько валовым содержанием, сколько соотношением между формами почвенного
калия. Большая часть содержащегося в почвах калия приходится на нерастворимые и малоусвояемые
растениями соединения.
Минеральная форма калия представлена 5 группами: калий в составе первичных минералов;
калий необменно-фиксированный минералами; обменно-поглощенный калий; водорастворимые
соединения калия; калий иммобилизованный.
Безусловно, с точки зрения поглощения калия корнями растений, наибольший интерес
представляют калий водорастворимых соединений и обменнопоглощенный калий в составе ППК.
Появление водорастворимого калия в почве сопряжено со следующим процессами:
гидролиз калийных минералов;
разрушение минералов корневыми выделениями растений;
действие на эти минералы азотной и серной кислот, накопляемых нитрифицирующими и
сульфофицирующими бактериями и других продуктов жизнедеятельности микроорганизмов;
вытеснение обменного и фиксированного калия катионами, в избытке содержащимися в
почвенном растворе.
Считается, что 150 мг/кг почвы обменного калия достаточно для оптимального питания
большинства сельскохозяйственных растений. Что касается доли элемента в сумме поглощенных
почвами оснований, то по данным К.К. Гедройца, для пахотного слоя чернозема оно составляет 2,7%.
При емкости поглощения 54,8 мг∙экв/100 г почвы это соответствует 710 мг К2О/кг чернозема.
Однако, растения не могут усвоить всего запаса обменного калия из почвы. Им недоступна
полностью даже та часть его, которая вытесняется при однократной обработке почвы солевым
раствором. Поэтому, действительный запас усвояемого калия отвечает меньшей величине.
После минерализации пожнивно-корневых остатков и микроорганизмов калий хорошо
используется растениями: коэффициент использования К+ из минеральных удобрений и пожнивнокорневых остатков равнозначен. Ближайшим резервом К+ служат гидрослюды, вермикулиты,
вторичные
хлориты,
монтмориллонит,
иллит,
необменные
(фиксированные)
катионы,
труднорастворимые соли. Потенциальным резервом являются полевые шпаты (ортоклаз, микроклин),
слюды (биотит, мусковит), пироксены и первичные хлориты.
На подвижность различных форм калия, а, следовательно, и поглощение К+, существенное
влияние оказывает влажность почвы.
По доступности растениям минеральные формы калийных соединений можно классифицировать
следующим образом: водорастворимый калий (легкодоступный для поглощения, на его долю в
почвенном растворе приходится 1/5-1/10 часть от калия обменного); обменный калий (хорошо
доступный растениям, его в южных почвах содержится от 100 до 600 и более мг/кг почвы). Названные
соединения еще классифицируют как подвижный калий; на долю подвижного калия приходится всего
лишь 0,5-2,0% от валовых запасов К2О; необменно гидролизуемый (труднообменный или резервный),
служащий ближним резервом; кислоторастворимый калий, объединяющий все вышеперечисленные
формы калия; необменный калий, представляющий собой разницу между валовым калием и
кислоторастворимым, на его долю приходится около 9% валового калия в почвах.
Надо помнить, что между формами калия в почве существует динамическое равновесие – если
корни поглощают водорастворимый калий, то количество его в растворе пополняется за счет обменной
формы, а уменьшение последней через время можно в значительной степени возобновить за счет
необменного, фиксированного калия. Равновесие между К+ почвенного раствора и К+ обменным
достигается за несколько минут; между труднообменным и обменным К+ или К+ почвенного раствора
равновесие устанавливается медленно и требует дней и даже месяцев. Превращение калия минералов
идет очень медленно, настолько медленно, что в течение одного вегетационного периода К+ минералов
не играет существенной роли в обеспечении растений этим элементом.
В связи с микробиологическими процессами в почве нельзя обойти вниманием микроорганизмы,
получившие название силикатные бактерии, способные разлагать ортоклаз, другие калийсодержащие
минералы и освобождать их калий.
3. Баланс калия в земледелии.
В отличие от азота и фосфора калий сосредотачивается в нетоварной части урожая, что априори
предполагает возврат его в почву с навозом, отходами растениеводческой продукции. Переоценка
значения калия в балансе приводит к тому, что идет трансформация почв из группы с высоким
содержанием в последующие, недооценка – приводит к обратному, о чем свидетельствует практика
земледелия.
В условиях нерегулируемой влагообеспеченности беспрерывное использование пашни в
севооборотах посредством сочетания основных и промежуточных однолетних культур или люцерной в
бессменных посевах обеспечивает положительный баланс по калию, несмотря на то, что калия при
указанном способе использования пашни по сравнению с общепринятым севооборотом выносится в 1,2
раза больше. В бессменном чистом пару калий, внесенный с удобрениями, закрепляется в почве, что
обеспечивает его положительный баланс, а также достигается за счет микробиологической
деятельности и других видов поглотительной способности почвы.
Одновременно с ростом подвижности калия, в силу физико-химических процессов, происходит
усиление механической подвижности калия в связи с эрозией почвы. По средним многолетним данным,
с вынесенным мелкоземом ежегодно теряется 68,5 кг/га обменного калия и в 7,3 раза больше валовых
запасов.