UniversityAgro.ru » Агрохимия » Калийные удобрения

Калийные удобрения

Сырье для производства калийных удобрений

В качестве сырья для производства калийных удобрений используются природные калийные соли, месторождения которых находятся в России, Германии, Франции, США, Канаде, Израиле, Италии, Польше, Англии, Украине, Белоруссии, Казахстане и других странах.

Из 120 калийсодержащих минералов лишь небольшая часть имеет промышленное значение.

Таблица. Минералы, используемые для производства калийных удобрений

Минерал
Примерное содержание K2O, %
Сильвинит - nNaCl + mKCl
15-25
Карналлит - KCl⋅MgCl2⋅6H2O
17
Каинит - KCl⋅MgSO4⋅3H2O
19
Шенит - K2SO4⋅MgSO4⋅6H2O
23
Лангбейнит - K2SO4⋅2MgSO4
23
Алунит - (K, Na)2SO4⋅Al2(SO4)3⋅4Al(OH)3
23
Полигалит - K2SO4⋅MgSO4⋅2CuSO4⋅2H2O
16
Нефелин - (K, Na)2O⋅Al2O3⋅Al2O3⋅2SiO2
6-7

К крупнейшим месторождением калийных пород в России является Верхнекамское (более 12 млрд т), расположено вблизи городов Соликамск и Березники на левом берегу Камы на западном склоне Северного Урала. Образовалось в результате высыхания древнего Пермского моря. Разработка месторождения началось в 1925 г., а производство удобрений — в 1929 г. Верхняя часть пласта представлена карналлитом с примесью NaCl, CaSO4⋅2H2O, глины, содержание K2O — до 17% (10-25%). Карналлит имеет пеструю окраску от сочетания желтого, оранжевого, бурого и красного цветов, обусловленных примесью оксида железа Fe2O3 (железного блеска). Ниже карналлита залегает мощный пласт сильвинита, содержащий хлориды калия и натрия в различных соотношениях.

Сульфатные калийные удобрения получают из минералов каинитовых, лангбейнитовых, смешанных лангбейнито-каинитовых пород и алунитов. Залежи полигалита, каинита и глазерита (ЗК2SO4⋅Na2SO4) имеются в Саратовской, Оренбургской областях и Башкирии (Заволжское месторождение).

Крупные месторождения калийных минералов есть на Украине в Ивано-Франковской и Львовской областях. В минералах этих месторождений преобладают лангбейнит (K2SO4⋅2MgSO4), каинит (KCl⋅MgSO4⋅3H2O), полигалит (K2SO4⋅MgSO4⋅2CaSO4⋅2H2O), шенит (K2SO4⋅MgSO4⋅6H2O). Сырье этих месторождений перерабатывается на Стебниковском и Калушском комбинатах. Доля примеси составляет до 30%, преимущественно в виде ила.

Белорусские залежи калийных солей находятся в Полесье (г. Солигорск), которые, вероятно, являются продолжением прикарпатских месторождений. Представлены минералами сильвинитом, карналлитом и галитом.

Жилянское месторождение в Актюбинской области Казахстана представлено преимущественно полигалитом. Присутствуют также карналлит, сильвинит, глазерит. Полигалитовые минералы является сырьем для производства сульфата калия, сернокислых калийно-магниевых и комплексных минеральных удобрений. После размола она может использоваться как сульфатная форма калийно-магниевого удобрения, содержащая 13-15% K2O и 6-7% MgO. 

В качестве удобрений могут использоваться другие минералы, содержащие калий. Например, алюмосиликат калия и натрия — нефелин (Na, K)2O⋅Al2O3⋅2SiO2, встречается в месторождениях апатита, например, в Хибинском месторождении. Содержание калия в нем составляет 5-6%. Он плохо растворим в воде, в кислых почвах частично обменно разлагается. В нем также содержится 10-13% Na2O и 8-10% СаО, поэтому на кислых почвах проявляет нейтрализующее действие. Как правило, используют как местное удобрение на кислых и торфяных почвах.

При производстве алюминия из нефелина в виде отхода получают карбонат калия, содержащий 63-67% K2O, который является ценным калийным удобрением.

Классификация калийных удобрений

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.

Классификация калийных удобрений
Классификация калийных удобрений

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

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

Каинит — KCl⋅MgSO4⋅3H2O) — минерал каинито-лангбейнитовой породы, представляющий 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.

Концентрированные калийные удобрения

По содержанию калия самое концентрированное удобрение — хлористый калий — наиболее применяемое калийное удобрение в России.

Хлористый калий

Хлористый калий, или хлорид калия, (KCl) — основное калийное удобрение. Производство составляет 80-90% от общего производства калийных удобрений. Получают из сильвинита. Химически чистый хлорид калия содержит 63% К2O. В зависимости от способа производства хлорид калия, используемый для удобрения, содержит 50-60% К2O. Представляет собой мелкокристаллический порошок розового или белого цвета с сероватым оттенком. Имеет небольшую гигроскопичность, часто слеживается.

В промышленности применяют разные способы производства, например, галургический, флотационный, гравитационный.

Галургический способ — разделение хлоридов калия и натрия на основе их разной растворимости. Растворимость КСl при повышении температуры с 0 °С до 100 °С увеличивается вдвое, тогда как растворимость NaCl почти не меняется. Размолотый сильвинит растворяют при температуре 110°C в растворительном щёлоке — насыщенном растворе NaCl, при этом растворяется только KCl сильвинита, a NaCl остается нерастворимым в виде осадка.

При охлаждении полученного раствора выпадает кристаллический осадок KCl, маточный насыщенный раствор NaCl используется для обработки новых партий сильвинита. Отходом производства является до 95% NaCl, которую используют для получения соды, технической и поваренной соли.

Флотационный способ разделение минералов сильвина (КСl) и галита (NaСl) на основе различной способности поверхности частиц этих минералов к смачиванию водой. Предварительно измельченную руду взмучивают в водном растворе с добавлением алкилсульфатов в качестве реагента-собирателя в расчете на 1 т руды 100-200 г реагента. Реагент адсорбируется на поверхности частиц хлористого калия. Затем через пульпу продувают воздух в виде мелких пузырьков. Частицы гидрофобизированного сильвина выносятся с пузырьками воздуха на поверхность в виде пены. Пенный концентрат КСl обезвоживается центрифугированием и сушится. Частицы галита собираются на дне флотационной машины.

Флотационный хлорид калия имеет более крупные кристаллы розового цвета. Гидрофобные добавки уменьшают гигроскопичность и слеживаемость. Преимуществом метода является отсутствие необходимости в высоких температурах, продукт получается с лучшими физическими свойствами. Флотационный способ применяют на Березниковском калийном комбинате, выпускаемый хлористый калий содержит 60% K2O. 

Флотационный способ получил в наибольшее распространение в России.

Гравитационный метод, относительно новый, применяется во Франции и других странах, основан на разной плотности KCl (1,987 г/см3) и NaCl (2,17 г/см3). В России метод был усовершенствован. Для разделения мелких частиц KCl и NaCl применяют гидроциклоны. Метод используется на Соликамском комбинате.

Применяют также методы подземного выщелачивания руды (сальвинита) с последующей переработкой раствора выпариванием и кристаллизацией.

Применение крупнокристаллического и гранулированного калия более предпочтительно, так как мелкокристаллический имеет плохие физические свойства, не удобен для приготовления тукосмесей с гранулированным суперфосфатом и гранулированной аммиачной селитрой. Внесение таких тукосмесей центробежными разбрасывателями приводит к расслоению (сегрегации) удобрений и неравномерному внесению. Крупнокристаллический калий на 30% меньше поглощается почвой, более длительное время сохраняется в доступном для растений форме, что увеличивает эффективность крупнокристаллического калия.

Калийная соль

Калийная соль содержит 40-44% K2O, 20% Na2O и 50% Сl. Получают смешиванием хлористого калия с сырыми калийными солями, чаще размолотым сильвинитом, реже каинитом. По внешнему виду — мелкие пестро окрашенные кристаллы. Согласно техническим условиям должна содержать не менее 40% K2O.

Выпускается 30%-я калийная соль — смесь сильвинита и каинита, подходит для культур, потребляющих много магния, на песчаных и супесчаных почвах бедных магнием.

Смешанные калийные соли являются наиболее подходящими удобрениями для свеклы, овощных культур семейства крестоцветных, моркови и других, положительно отзывающихся на натрий и магний на легких почвах.

Сульфат калия

Сернокислый калий, или сульфат калия — концентрированное бесхлорное калийное удобрение, содержит 45-52% К2O. Представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета с желтым или серым оттенком, влажность 1,2%. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью. Получают переработкой полиминеральных калийных руд, например, лангбейнита, шенита, или обменной реакцией с хлоридом калия:

2KCl + MgSO4 = K2SO4 + MgCl2.

В насыщенном растворе сульфат калия вследствие невысокой растворимости первым выпадает в осадок, который отфильтровывают и сушат.

Сульфат калия производят на Западной Украине переработкой лангбейнитовой соли. Удобрение обладает хорошими физическими свойствами, негигроскопично, не слеживается.

Преимущество сульфата калия заключается в том, что он не содержит хлор. По сравнению с хлорсодержащими удобрениями сульфат калия обеспечивает прибавки урожая винограда, гречихи, табака и других хлорофобных культур. Широко используют в овощеводстве, особенно в защищенном грунте. Серы также положительно влияет на крестоцветные, бобовые и некоторые другие культуры.

Однако по себестоимости сульфат калия одно из самых дорогих калийных удобрений.

Калимагнезия, сульфат калия-магния

Калимагнезия, сульфат калия-магния (К2SO4⋅МgSO4) содержит 26-29% К2O и 9% МgO. Получают из каинито-лангбейнитовой породы. По составу представляет обезвоженный минерал шенит, поэтому иногда так и называют. Представляет белый сильнопылящий порошок с сероватым или розоватым оттенком или серовато-розовые гранулы неправильной формы. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью.

Используют прежде всего под культуры, чувствительные к хлору или на легких почвах.

Калимаг

Калимаг содержит 16-20% K2O и 8-9% МgO. Производят из лангбейнита (K2SO4⋅2MgSO4) после размалывания и выщелачивания хлорида натрия. Примерный состав: K2SO4 — 39%, MgSO4 — 55%, NaCl — 1%, нерастворимого остатка — 5%. Выпускается в виде гранул серого цвета. Не слеживается, транспортируется насыпью. По эффективности приближается к калимагнезии.

Хлоркалий электролит

Хлоркалий электролит — хлорид калия с примесями хлоридов натрия и магния. Является побочным продуктом при производстве магния из карналлита. Содержит 34-42% К2O, 5% МgO, 5% Na2O и до 50% Сl. Сильнопылящий мелкокристаллический порошок с желтым оттенком. Не слеживается, перевозят в бумажных мешках или насыпью. По действию приближается к хлористому калию; на бедных магнием почвах более эффективен, чем хлорид калия. Выпускается в Соликамске.

Калийсодержащая цементная пыль

Калийсодержащая цементная пыль содержит 14-35% K2O, является отходом производства цемента. Включает в состав карбонат (K2CO3), гидрокарбонат (KHCO3) и сульфат калия (K2SO4). Содержится также CaCO3, MgO (3-4%), кремнекислота, полуторные оксиды и некоторые микроэлементы. Обладает щелочной реакцией не содержит хлор, поэтому может использоваться под картофель, гречиху, виноград, табак, цитрусовые.

В Голландии, Норвегии, Финляндии калийсодержащую цементную пыль используют как калийное и известковое удобрение. Хорошо растворима в воде и доступна растениям. Содержащийся карбонат кальция придает гигроскопичность. Цементную пыль можно использовать для производства фосфата калия и гранулировать.

Печная зола

Печная зола используется как местное калийно-фосфатно-известковое удобрение. Эффективна под все культуры и на всех типах почв. Калий содержится в виде карбоната калия (K2CO3, поташа). Фосфор золы усваивается растениями так же, как преципитата и томасшлака, в отличие от суперфосфата, не связывается в труднорастворимые фосфорные соединения. Известь устраняет отрицательное действие поташа на структуру почвы.

Содержание К2O зависит от сжигаемого топлива. Так, зола лиственных пород содержит 10-14% К2O, 7% Р2O5, 36% СаО, хвойных пород — 3-7% К2O, 2,0-2,5% Р2O5 и 25-30% СаО. От молодых деревьев золы получается больше, а содержание питательных элементов выше.

В золе содержатся микроэлементы. Доза золы под вспашку или культивацию составляет 5-6 ц/га. Торфяную золу и отзол для нейтрализации избыточной кислотности вносят в количестве 1,5-3 т/га, лучше под вспашку.

Взаимодействие калийных удобрений с почвой

Калийные удобрения хорошо растворимы в воде. При внесении в почву растворяются в почвенном растворе и вступают обменное (физико-химическое) взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом, частично в необменного взаимодействие.

Обменное поглощение катионов калия составляет небольшую часть всей емкости поглощения. Реакция обмена обратима:

В обменно-поглощенном состоянии калий теряет подвижность, что предотвращает вымывание за пределы пахотного слоя, за исключением легких почв с низкой емкостью поглощения. Обменно-поглощенный калий остается доступен растениям.

Вторичные процессы взаимодействия почвенного раствора и почвенного поглощающего комплекса постепенно вытесняют катионы калия из него. Активное участие в этом обмене принимает корневая система растений за счет корневых выделений.

Катионы калия вытесняют из ППК эквивалентное количество катионов кальция, магния, аммония, водорода, алюминия. На слабокислых и нейтральных почвах с высокой емкостью поглощения и буферностью обменные процессы почти не отражаются на реакции почвенного раствора. На кислых и сильнокислых почвах, прежде всего легкого гранулометрического состава, имеющих в составе ППК обменный водород и алюминий, внесение калийных удобрений приводит к подкислению почвенного раствора. Поэтому на таких почвах эффективность калийных удобрений уменьшается.

Дополнительное подкисление почвенного раствора возникает в результате физиологической кислотности калийных солей, однако она значительно меньше, чем у аммонийных, и проявляется только при длительном применении под калиелюбивые культуры.

Необменный (фиксированный) калий значительно менее подвижен, чем обменно-поглощенный, практически не доступен растениям. Необменное поглощение (фиксация) катионов с радиусом ионов 0,130-0,165 нм (К+, NH4+, Rb+, Сs+) характерно для глинистых минералов монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд с трехслойной разбухающей кристаллической решеткой. Поэтому величина необменного поглощения калия зависит от минералогического состава: чем больше минералов монтмориллонитовой группы и гидрослюд, тем сильнее выражена фиксация калия.

Фиксации протекает вследствие проникновения катионов в межпакетные пространства минералов в состоянии набухания, занимают в сетке кислородных атомов тетраэдрических слоев гексагональные пустоты, стягивают оба отрицательно заряженных кислородных слоя, в результате чего оказываются в замкнутом пространстве. Переменное увлажнение и высыхание почвы усиливают процесс фиксации. Фиксация калия происходит и во влажной почве, но в меньшей степени.

Доля фиксации калия удобрений на разных почвах в зависимости от минералогического состава и дозы удобрений составляет от 14 до 82% от внесенного количества.

Согласно результатам опытов, проведенных в ВИУА, форма калийного удобрения не влияет на фиксацию калия почвой. На этот процесс влияют размеры частиц удобрений: при внесении крупнокристаллических или гранулированных удобрений фиксация снижается на 20-30% за счет меньшего контакта удобрения с почвой.

Размер необменного поглощения зависит также от дозы удобрения: абсолютное количество фиксированного калия с увеличением дозы возрастает, в процентном отношении — несколько снижается. Потенциальная способность почвы фиксировать калий велика. В лабораторном опыте В.У. Пчелкина при дозе калия 1000мг/100г почвы слабовыщелоченный чернозем фиксировал 147,3 мг/100 г, что эквивалентно 4420 кг/га почвы.

При систематическом внесении калийных удобрений и положительном балансе калия в почве увеличивается содержание подвижных форм (водорастворимых и обменных) и фиксированных форм.

При отрицательном балансе калия протекает обратный процесс. По мере расходования доступных водорастворимых и обменных форм калия происходит постепенный переход фиксированного калия и части калия кристаллической решетки в более подвижные формы. Так, в опыте на суглинистой почве (Англия) за 101 год растениями вынесено с урожаями в 3-4 раза больше калия, чем его содержалось в почве в обменной форме. В опытах Кобзаренко (1998), растения на контрольных вариантах вынесли из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы (Московская область) за 17 лет 583 кг/га калия, что в 2,9 раза больше исходного содержания обменного калия в почве. В тоже время существенных изменений в содержании обменного калия за учетный период не произошло. Эти исследования подтверждают возможность постепенного восполнения запасов обменного калия за счет других форм.

Опытами также подтверждается слабая миграция калия удобрений по профилю почвы, за исключением песчаных и супесчаных. В лизиметрических опытах ежегодное вымывание калия за пределы корнеобитаемого слоя составило в Нечерноземной зоне на суглинистых почвах — 0,4-7,0 кг/га, на супесчаной — до 12 кг/га.

Эффективность калийных удобрений

В соотношении N:Р:К у калиелюбивых культур преобладает калий (2,5-4,5:1:3,5-6), у зерновых культур — азот (2-3:1:1,5-3,5).

Средний вынос калия с урожаем культур на 1 т товарной продукции и соответствующим количеством побочной составляет для зерновых 25-30 кг; картофеля — 7-10 кг; сахарной свеклы — 6,7-7,5 кг; овощных культур — 4-5 кг; многолетних трав в сене — 20-24 кг.

Об обеспеченности культур калием можно судить по его содержанию в почве в обменной форме. Методы определения различны для типов почв:

  • для почв дерново-подзолистой — метод Кирсанова (0,2 н. НСl), метод Пейве (1 н.  NaCl), метод Масловой (1 н. CH3COONH4);
  • для серых лесных почв и чернозёмов (кроме карбонатных) — метод Чирикова (0,5 н. СН3СООН);
  • для карбонатных чернозёмов, каштановых почв и серозёмов — метод Мачигина (1%-м (NH4)2CO3).

Все методы определения калия в почве, доступного растениям, основываются на извлечении обменной формы, адсорбционно удерживаемого коллоидными частицами. В это количество входит также водорастворимый калий.

Эффективность калийных удобрений зависит от:

  • типа и гранулометрического состава почвы;
  • наличия доступного калия в почве;
  • потребностей культур севооборота;
  • количества атмосферных осадков;
  • температуры;
  • содержания органического вещества в почве;
  • от применения азотно-фосфорных удобрений;
  • способа заделки;
  • форм калийных удобрений.

Высокую эффективность калийные удобрения показывают на дерново-подзолистых почвах, красноземах, серых лесных почвах и северных чернозёмах. Особенно бедны подвижным (обменным) калием дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы, осушенные торфяники и торфяно-болотные почвы.

Калийные удобрения оказывают положительное действие при содержании в почве подвижного калия на уровне 1-3-го классов. При более высокой обеспеченности эффективность калийных удобрений снижается и определяется прежде всего культурами севооборота, дозами азотных и фосфорных удобрений и агротехническими приемами.

Эффективность калийных удобрений, так же как фосфорных и азотных, на слабокислых и нейтральных почвах выше, чем на сильнокислых. Поэтому известкование кислых почв — условие повышения эффективности. Однако из-за антагонизма ионов калия и кальция в произвесткованных почвах, дозы калийных удобрений увеличивают.

Таблица. Эффективность калийных удобрений в зависимости от кислотности дерново-подзолистых почв (по Минееву)[1,3]

рНKCl
Прибавка урожайности от 1 кг K2O, т/га
ячмень
озимая рожь
картофель
< 4,5
0,29
0,38
2,01
4,6-5,0
0,46
0,30
2,67
5,1-5,5
0,50
0,63
2,99
5,6-6,0
0,56
0,67
3,76

Внесение навоза, который сам является хорошим источником калия, обычно снижает действие минеральных калийных удобрений.

Наибольшая эффективность калийных удобрений достигается при оптимальном соотношении с азотными и фосфорными. Одностороннее внесение калийных удобрений проводят на осушенных торфяниках и торфяно-болотных почвах, с достаточным содержанием других элементов питания.

Сроки, способы и формы внесения калийных удобрений

На почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава хлорсодержащие калийные удобрения в полной дозе, за исключением рядкового внесения в небольших дозах под некоторые культуры, целесообразно вносить под осеннюю зяблевую обработку. Это позволяет разместить удобрения в более влажном слое почвы, где развивается основная масса корней, хлор при этом за осенне-весенний период вымывается из пахотного слоя. Только на легких, торфяно-болотных и пойменных почвах калийные удобрения вносят весной. Под пропашные и овощные культуры часть общей дозы калия целесообразно давать в подкормку.

В севообороте калийные удобрения вносят в первую очередь под калиелюбивые культуры, которые дают значительные прибавки урожая.

Лен и конопля потребляют относительно немного калия, но из-за слабой корневой системы, которая не может в обычных условиях обеспечить растения достаточным количеством калия, под эти культуры вносят повышенные дозы калийных удобрений.

Под хлорофобные культуры целесообразно вносить удобрения с минимальным содержанием хлора. При использовании хлорсодержащих калийных удобрений под картофель, количество крахмала снижается на 7—15 % по сравнению с бесхлорными удобрениями.

Применение калийных удобрений на различных почвах

В России свыше 1/3 площадей пашни характеризуются низким и средним уровнем содержания обменного калия и нуждаются во внесении калийных удобрений. Их применение наиболее эффективно на песчаных, супесчаных дерново-подзолистых, торфяно-болотных, пойменных почвах и красноземах. Положительное действие они оказывают также в зоне достаточного увлажнения на суглинистых дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах при низкой и средней обеспеченности калием.

Дерново-подзолистые почвы

Дерново-подзолистые почвы обладают относительно небольшими запасами доступного калия. Необменный калий входит в состав преобладающих в данных почвах вторичных глинистых минералов — каолинита и монтмориллонита, которые не могут обеспечить восстановление запасов обменного калия. Этим объясняется положительное действие калийных удобрений на дерново-подзолистых почвах.

По данным многолетних опытов ежегодное внесение калийных удобрений в количестве 30-90 кг К2O на 1 га повышает урожаи корнеклубнеплодов, прежде всего картофеля, и зерновых культур. Наибольшие прибавки урожаев до 30-50% получают на легкосуглинистых и песчаных почвах, на которых запасы калия исключительно малы. В менее длительных опытах на азотно-фосфорном фоне калийные удобрения также дают прибавки урожаев всех культур уже в первой ротации севооборота: прибавки урожая зерновых культур в среднем составляли 10-20%, корнеклубнеплодов — более 30%.

По мере истощения почвенных запасов калия и улучшения азотно-фосфорного питания растений потребность в калийных удобрениях увеличивается, возрастает их эффективность, что особенно проявляется на тяжёлых по гранулометрическому составу почвах. Из-за небольших запасов подвижного калия дерново-подзолистых почв внесение умеренных доз до 90 кг/га К2O не обеспечивает положительного баланса. Однако содержание обменного калия в почве за счет динамического равновесия между формами калия на контроле сохраняется на исходном уровне, что связано с мобилизацией природного почвенного калия, вызванной физиологической кислотностью удобрений, биологическим накоплением растениями в результате лучшего развития их на удобренных вариантах, а также с включением калия подпахотного и нижележащих слоев почвы. Мобилизация необменного калия под действием удобрений обеспечивает увеличение подвижных форм калия и сопровождается уменьшением его запасов.

Серые лесные почвы

Серые лесные почвы характеризуются невысоким содержанием обменного калия в пахотном слое. Однако по сравнению с дерново-подзолистыми почвами действие калийных удобрений на урожай различных культур слабее. Связано это с тем, что необменный калий илистой фракции входит в состав гидрослюд лёссовидных суглинков — основной почвообразующей породой серых лесных почв. Гидрослюды обладают высокой фиксирующей способностью в отношении одновалентных катионов и способностью легко высвобождать необменно-поглощенный калий, который или переходит в обменное состояние, или непосредственно используется растениями.

Изучение калийного режима серых лесных почв в длительных опытах показало, что за одну ротацию севооборота при внесении невысоких доз удобрений складывается отрицательный баланс калия. Но, несмотря на это, отмечается увеличение содержания доступных форм калия (обменного и легкогидролизуемого) при сохранении уровня необменной формы на удобренных вариантах. Под действием растений и удобрений мобилизуются всех резервные формы калия и происходит их переход в обменное состояние.

При длительном использовании азотно-фосфорных удобрений в севообороте на серых лесных почвах действие калия от ротации к ротации возрастает.

Влияние калийных удобрений на продуктивность севооборота
Влияние калийных удобрений на продуктивность севооборота, з.е. ц/га (1967-2000 гг.)

Чернозёмные почвы лесостепной и степной зон

Чернозёмные почвы лесостепной и степной зон содержат достаточные запасы доступного для растений калия. Почвообразующие породы и глинистые минералы черноземов богаты необменным калием, который активно переходит в подвижные формы, поэтому эффективность калийных удобрений на этих почвах небольшая. Даже калиелюбивые культуры (пропашные и технические), мало реагируют на внесение калийных удобрений. Особенно это отмечается на почвах тяжелого гранулометрического состава.

Со временем эффективность калийных удобрений возрастает, что особенно заметно при выращивании сахарной свеклы и других калиелюбивых культур, а также при внесении калия на фоне азотно-фосфорных удобрений, что объясняется истощением неудобренных калием почв за счет выноса урожаями культур.

Систематическое внесение удобрений не приводит к значительному увеличению содержания подвижных форм в чернозёмах даже при положительном балансе, что связано с высокой насыщенностью поглощающего комплекса черноземов двухвалентными основаниями, препятствующими поглощению калия. Благоприятные условия для фиксации калия в черноземах: минералогический состав илистой фракции — гидрослюды и высоко-дисперсные минералы монтмориллонитовой группы, которые характеризуются высокой способностью фиксировать одновалентные катионы, а также высокая насыщенность ППК основаниями, повышенная кислотность почвы, высокое содержание органического вещества, отсутствие конкурента калия — поглощенного аммония, необратимая коагуляция коллоидов при периодическом подсыхании верхнего слоя. Эти условия способствуют необменному поглощению калия в пахотном и подпахотном слоях. При отрицательном балансе на удобренных вариантах увеличение необменного калия объясняется с мобилизацией менее подвижных форм под влиянием растений и удобрений, а также высвобождением калия вторичных минералов — гидрослюд.

Калий оказывает положительное действие при неблагоприятных погодных условиях. При обилии атмосферных осадков он уменьшает полегание зерновых культур, в засушливые годы помогает в борьбе с запалами, вызываемыми суховеями. Правильное использование калийных удобрений на черноземах, то есть на фоне азотно-фосфорных удобрений во влажные и засушливые годы, повышает урожаи основных культур, особенно калиелюбивых.

Каштановые почвы и сероземы

Содержание подвижного калия в каштановых почвах сухой степи и сероземах Средней Азии высокое, достигая 40-60 мг K2O/100 г почвы. Запасы калия огромны, так как он входит в состав гидрослюд и легко высвобождается, поэтому эффективность калийных удобрений незначительна.

На старопахотных, давно используемых орошаемых сероземах при систематическом внесении азотных и фосфорных удобрений содержание подвижных форм небольшое, поэтому урожайность и качество продукции культур, прежде всего хлопчатника, возрастает.

Почвы степных и сухостепных районов

Почвы степных и сухостепных районов, чаще всего, хорошо обеспечены калием. Из-за изменчивости условий влагообеспеченности, на типичных, обыкновенных, южных черноземах, каштановых почвах и сероземах действие калийных удобрений небольшое или вовсе не проявляется. Внесение калийных удобрений оправдано только под калиелюбивые культуры — сахарную свеклу, подсолнечник, овощные, на каштановых почвах и сероземах при орошении.

Процесс калийного истощения почв сухостепной и пустынной зон вследствие больших запасов необменного калия, минералогическим составом почв и почвообразующих пород протекает медленно. Значение имеет периодическое восполнение запасов калия за счет внесения его с поливными водами при орошении. Уменьшение содержания калия в почве при длительном использовании и систематическом применении азота и фосфора проявляется признаками калийного голодания растений и ростом эффективности калийных удобрений.

На солонцах, как правило богатых калием, калийные удобрения не применяют, так как они увеличивают солонцеватость и не приносят ожидаемого эффекта.

Внесение калийных удобрений и известкование

Внесение калийных удобрений на песчаных почвах, нуждающихся в известковании, увеличивает необходимость нейтрализации почвенной кислотности, так как калий вытесняет ионы водорода, алюминия, марганца, снижающие pH, из почвенного поглощающего комплекса. При известковании кислых почв возрастает потребность в калийных удобрениях. Прибавки от калия на фоне извести увеличиваются в абсолютных и относительных величинах. Действие извести, помимо улучшения физико-химических свойств почв, проявляется и в улучшении азотно-фосфорного питания растений и некотором снижении доступности калия растениям вследствие усиления его фиксации почвенными коллоидами. С ростом урожая при известковании увеличивается также и вынос калия из почвы, а переход в доступные формы идет менее интенсивно, чем в кислых почвах.

Из-за антагонизма калия и кальция возникает необходимость в повышении доз калийных удобрений при известковании и на почвах с нейтральной реакцией. Известкование почв в таких случаях значительно повышает эффективность калийных удобрений.

С другой стороны, от улучшения калийного режима увеличивается отдача от известкования. Применение навоза снижает действие калийных удобрений, так как он оказывает влияние на питательный режим почв, являясь при это хорошим источником калия.

Повышение эффективности калийных удобрений

Основные способы повышения эффективности калийных удобрений:

  1. Применение с учетом природно-экономических условий и обеспеченности почв подвижными формами калия.
  2. Повышение культуры земледелия, окультуренности почв, оптимальное обеспечение культур севооборота другими удобрениям, то есть сбалансированное питание сельскохозяйственных культур.
  3. Известкование кислых почв.
  4. Внесение калия в севообороте в первую очередь под культуры с высокой отзывчивостью на калий.
  5. Подбор форм калийных удобрений с учетом биологических особенностей культур. Например, сернокислый и хлористый калий одинаково влияют на урожая большинства культур. Бесхлорные формы способствуют повышению урожайности гречихи, проса и некоторых сортов табака, увеличивают содержания сахара в ягодах отдельных сортов винограда, содержанию крахмала в клубнях поздних сортов картофеля, улучшают качество льноволокна.
  6. Правильный подбор сроков и способов внесения. В большинстве регионов страны калийные удобрения вносят осенью под зяблевую вспашку, за исключением песчаных почв и заливаемых пойм. Это способствует равномерному распределению калия в пахотном слое и вымыванию хлора в нижележащие горизонты за осенне-зимний и весенний периоды.
  7. Оптимизация доз калийных удобрений с учетом метеорологических условий. Так, внесение 80 кг/га К2O на фоне N60P60 повышало урожайность озимой пшеницы по сравнению с фоном при средней температуре за период май — июль 16,5°С на 2,4 ц/га, при 15,2°С — на 6,6 ц/га, при 13°С — на 11,9 ц/га. Это связано с затруднением поступления калия в растения при низкой температуре. Калийные удобрения улучшают физические свойства зерна, особенно при избытке осадков в июле более 80 мм, в период налива и созревания. Например, в Нечерноземной зоне в этот период при недостатке калия образуется мелкое и щуплое зерно.
  8. Полное обеспечение оптимальными дозами калийных удобрений в сочетании с другими питательными веществами торфяных (осваиваемых и старопахотных), торфяно-болотных почв, которые бедны этим элементом (0,02-0,3 валового содержания). В этих почвах калий подвижен, не накапливается в пахотном горизонте и почти полностью используется растениями в первый год внесения. Действие удобрений увеличивается при двойном регулировании (орошении и осушении) этих почв. Наибольший эффект достигается под овощи и кормовые корнеплоды, которые окупают внесение калия прибавками урожая.

По обеспеченности почв обменным калием выделяют несколько групп почв.

Таблица. Градации обеспеченности почв подвижным (обменным) калием, мг/кг почвы (Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, 2003)

Степень обеспеченности
Метод Кирсанова
Метод Чирикова
Метод Мачигина
Метод Масловой
Метод Эгнера-Рима
Очень низкая
< 40
< 20
< 100
< 50
Низкая
41-80
21-40
101-200
51-100
< 70
Средняя
81-120
41-80
201-300
101-150
71-140
Повышенная
121-170
81-120
301-400
151-200
> 140
Высокая
171-250
121-180
401-600
201-300
Очень высокая
> 250
> 180
> 600
> 300

Обобщение данных длительных стационарных опытов географической сети показало, что содержание 10-15 мг K2O/100 г почвы и внесение 60-90 кг K2O/ra на дерново-подзолистых, серых лесных почвах и выщелоченных черноземах обеспечивает продуктивность севооборота в 30-50 ц/га зерновых единиц. Однако существенные запасы калия и динамическое равновесие между его формами делают показатель обменного содержания калия, как характеризующего способность почвы обеспечивать калийное питание растений, менее надежным. В процессе питания растений участвуют все формы почвенного калия, поэтому следует учитывать подвижные формы (почвенного раствора и обменный) и необменный калий первичных и глинистых минералов, а также подвижность, способность и скорость восстановления обменного калия из резервных форм.

Обеспеченность почв необменным калием зависит от типа глинистых минералов, генетических особенностей и гранулометрического состава почв. Наибольшее количество связывается слюдистыми минералами (гидрослюдами, иллитом, вермикулитом), меньшее — монтмориллонитом, меньше всего необменно поглощает каолинит.

По степени обеспеченности необменным калием почвы делятся на группы:

  • низкая 10-20 мг K2O/100 г почвы,
  • средняя 20 — 50 мг K2O/100 г почвы,
  • повышенная 50 — 100 мг K2O/100 г почвы,
  • высокая 100 — 150 мг K2O/100 г почвы.

При длительном применении калийных удобрений увеличивается количество обменного калия, возрастают его подвижность и доля в легкогидролизуемой и необменной фракциях. С увеличением этих показателей происходит снижение эффективности «свежевнесенного» калия и возрастает последействие «остаточного», накопленного в результате применения удобрений. Однако эти данные не позволяют установить общие для всех почв критерии обеспеченности калием.

Существуют разные методические подходы для определения степени обеспеченности подвижным калием. Так, можно опрелить этот показатель по насыщенности поглощающего комплекса обменным калием, принимая за активный уровень 1,8-3,0%. Однако величина насыщенности почвенного поглощающего комплекса обменным калием должна устанавливаться для каждого типа почв в зависимости от минералогического состава илистой фракции почвы и подстилающей почвообразующей породы, биологических особенностей культур, условий азотно-фосфорного питания и влагообеспеченности. В каждом конкретном случае чем меньше насыщенность поглощающего комплекса калием, тем выше эффективность вносимых удобрений.

Оптимальные концентрации калия в почве установлены, хотя и требуют уточнения.

  1. Калий в почве находится в различных взаимосвязанных формах. При внесении калийных удобрений его запасы пополняются, но вследствие различий в составах глинистых минералов в дерново-подзолистых почвах больше возрастает содержание обменной формы, а на черноземах — необменной. Во всех случаях при питании растений доступные формы калия пополняются за счет необменных форм. Поэтому при определении потенциальных запасов доступного калия это учитывают.
  2. Калий в почве менее подвижен, чем азот, но более подвижен, чем фосфор. Поэтому при попытке создания оптимального калийного уровня периодическим внесением высоких доз на тяжелых глинистых почвах калий фиксируется минералами, а на легких песчаных и супесчаных почвах мигрирует по профилю почвы за пределы корнеобитаемых слоя.
  3. Внесение повышенных доз удобрений и химических мелиорантов меняет доступность калия растениям. Например, при известковании кислых почв, даже при высоком содержании калия его доступность вследствие антагонизма кальция и калия снижается. Поэтому на известкованных почвах оптимальные дозы калийных удобрений увеличивают в 1,5-2 раза. Антагонизм и синергизм существуют между калием и другими катионами и анионами.
  4. Культурные растения по-разному отзываются на питание калием. Выделена группа калиелюбивых культур, для которых оптимальный уровень обменного калия должен быть выше, чем, например, зерновыми колосовыми, зернобобовыми, однолетними и многолетними травами.
  5. Хлорофобные культуры отрицательно реагируют на избыток хлора в почве. Устранения этого негативного явления достигается регулированием доз, сроков и способов внесения. Например, заблаговременное внесение хлорсодержащих калийных удобрений осенью под зяблевую вспашку.

Дозы калийных удобрений

Оптимальные дозы калийных удобрений в севооборотах зависят от места, периодичности и последовательности внесения извести и навоза. При известковании дерново-подзолистых почв и соответствующем росте урожая потребность в калийных удобрениях возрастает особенно сильно.

По данным длительных полевых опытов на дерново-подзолистых почвах с первоначальным pH 4,2, когда калийных удобрений вносили параллельно на фоне извести и без нее, показали, что после первой ротации (6-8 лет) количество обменного калия в известкованных почвах с pH 5,0-5,6 по сравнению с неизвесткованными с pH 4,0-4,3 уменьшилось в 2 раза и связано с возрастающей фиксацией калия. При внесении 35-50 кг K2O/ra это соотношение сохранилось, хотя содержание обменного калия на обоих фонах возросло на 10%. При увеличении дозы калия до 70-100 кг/га разница между фонами составляла 20% и исчезла при дозах более 100 кг K2O/ra. Этим объясняется тот факт, что на известкованном фоне были эффективны более высокие дозы калийных удобрений, так как один и тот же уровень содержания обменного калия (11 мг K2О/100 г) был достигнут без известкования при внесении дозы 60 кг K2O/ra, а при известковании — 100 кг/га калия.

Таким образом, эффективность калийных удобрений на дерново-подзолистых почвах связана с кислотностью: чем она меньше, тем выше эффект от применения K2O. На кислых дерново-подзолистых почвах увеличение доз калия более 60 кг/га в среднем по севообороту не приводит к существенному росту продуктивности при снижении окупаемости. На известкованных почвах при внесении азота и фосфора в дозах 100-120 кг/га эффективность калийных удобрений существенна, не снижается с увеличением доз калия до 140 кг/га и составляет в среднем 20-25%. Окупаемость повышенных доз калия составляет не менее 5 зерн. ед./кг.

Внесение органического удобрения без известкования уменьшает эффективность калийных удобрений тем сильнее, чем выше дозы навоза.

На чернозёмах, прежде всего в степных районах, действие калийных удобрений проявляется слабее, что объясняется высоким содержанием подвижных форм калия. Однако при систематическом применении высоких доз азотно-фосфорных удобрений роль калия возрастает. Поэтому при определении эффективности калийных удобрений учитывают интенсивность севооборота, насыщенность калиелюбивыми культурами и оптимизацию питания растений макро- и микроэлементами.

Отношение культур к калийному питанию

Существуют особенности применения калийных удобрений по культурам. Например, для сахарной свёклы потребность в калии сохраняется на протяжении всех периодов роста и развития, недостаток особенно нежелателен во вторую половину вегетации при интенсивном накоплении сахара. Недостаток калия в этот период задерживает синтез белка и способствует накоплению нитратного азота. Калийное голодание, как и избыток азота, усиливает «цветуху», что снижает урожайность и сахаристость. Под сахарную свёклу оптимальным сроком внесения калийного удобрения считается основное под зябь. Наряду с этим применяется внесение в рядки и в подкормку.

Картофель является типичным калиелюбивым растением. К моменту уборки в клубнях сосредотачивается до 96% калия, содержащегося в урожае картофеля. Он чувствителен к хлору: при его избытке снижается крахмалистость клубней. Для картофеля наилучшее калийное удобрение — сульфат калия. Хлорсодержащие удобрения вызывают физиологические заболевания, внешние признаки которых — почернение стебля и листьев. При осеннем внесении калийных удобрений, вследствие вымывания хлора, негативное действие устраняется. Под картофель также вносится калимаг и калимагнезия, особенно на легких почвах. Калийные удобрения дополнительно увеличивают урожай при внесении по унавоженному фону. На черноземе при внесении навоза необходимость калийных удобрений снижается. Дозы удобрений под картофель определяют с учетом планируемых урожаев, на унавоженном фоне дозы ниже.

Оптимальная обеспеченность зерновых калием повышает прочность соломы, уменьшая полегание. В сочетании с фосфором калий повышает зимостойкость озимых культур. Формы калийных удобрений для зерновых культур равноценны. Из зернобобовых к хлору чувствителен люпин.

Лен-долгунец отзывается на внесение калия, повышая качество волокна: увеличивается длина и число элементарных волокон, повышается гибкость и крепость волокна.

Калийные удобрения эффективны под плодовые деревья на всех почвах, особенно на легких: повышается процент цветущих веток у яблони, увеличивается товарность плодов, удлиняется период их сохранности.

[INSERT_ELEMENTOR id="4611"]

Литература

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.