UniversityAgro.ru » Агрохимия » Калий в жизни растений

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 зерновыеЗерно
0,65
КартофельКлубни
2,40
Солома
1,10
Ботва
3,70
Яровые зерновыеЗерно
0,67
Капуста белокочаннаяКочаны
4,60
Солома
1,30
МорковьКорнеплоды
3,20
КукурузаЗерно
0,43
ОгурецПлоды
5,65
Стебли
1,93
ТоматПлоды
5,60
ГорохЗерно
1,46
ЛенСолома
1,10
Солома
0,60
ХлопчатникВолокно
1,00
Сахарная свеклаКорнеплоды
1,00
Клевер луговойСено
1,80
Ботва
3,00
ЛюцернаСено
1,80
Кормовая свеклаКорнеплоды
3,50
ВикаСено
1,20
Ботва
2,63
ТимофеевкаСено
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.

Недостаток калия

Недостаток калия приводит к снижению ферментативной активности, нарушению углеводного и белкового обмена, увеличению расхода углеводов на дыхание.

В результате уменьшается продуктивность растений и качество продукции. 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 на листьях нижнего яруса: преждевременно желтеют, начиная с краев; в дальнейшем края буреют, затем отмирают и разрушаются, из-за чего они выглядят, как обожженные. 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.

Избыток калия также негативно отражается на росте и развитии. Проявляется в возникновении между жилками листьев бледных мозаичных пятен, со временем они буреют, а листья опадают.

Круговорот и баланс калия в земледелии

Круговорот калия в биоценозах протекает интенсивно. Содержание калия в биомассе биоценозов варьирует от 20 ка/га для пустынь до 2000 кг/га для дубрав.

Замкнутый цикл круговорота питательных веществ в естественных биоценозах за счет аккумулирующей деятельности растений приводит к накоплению калия в пределах корнеобитаемого слоя и постепенному обогащению этим элементом верхних горизонтов.

В агроценозах на круговорот и баланс калия влияет в основном хозяйственная деятельность: обеспеченность удобрениями, специализации хозяйств.

Валовые запасы калия в почвах в 5-50 раз превышают запасы азота и фосфора. Д.Н. Прянишников при оценке баланса калия в целом для страны допускал его дефицит 20-22 кг/га в год.

Основной расходной статьей баланса калия в земледелии является хозяйственный вынос с продукцией.

Ежегодно с урожаем растений может выносится от 40 до 310 кг/га калия. Эти показатели рассчитаны, в частности, для зерновых, на средние урожаи, с повышением продуктивности они, естественно, возрастут.

Для объективной оценки баланса калия необходимо учитывать распределение выноса между товарной и нетоварной частями продукции. Так, в зерне пшеницы содержится 15% калия от общего хозяйственного выноса, в соломе — 85%. Чем меньше содержится калия в товарной, отчуждаемой из хозяйства части урожая и больше в нетоварной, остающейся в поле или хозяйстве, в том числе в кормах, тем меньше калий отчуждается из внутрихозяйственного круговорота. Таким образом, специализация хозяйства определяет внутрихозяйственный баланс калия.

Часть калия может теряться из корнеобитаемого слоя почвы в результате инфильтрации: на легких почвах примерно 5%, на тяжелых — 2% от внесенного с удобрениями количества. На интенсивность вымывания влияют гранулометрический состав почвы, водный режим, дозы удобрений, биологические особенности культур.

Таблица. Содержание калия в урожае важнейших сельскохозяйственных культур1

Культуры
Сбор продукции, т/га
Общий вынос K2O, кг/га
товарной
побочной
Зерновые хлеба
2,0-2,5
4,0-6,0
45-77
Гречиха
2,0
6,0
150
Лен и конопля
1,0
4,5-6,5
50
Подсолнечник
1,8
7,5
360
Картофель
20,0
12,0
200
Сахарная свекла
30,0
20,0
175
Капуста
70,0
40,0
310
Зерновые бобовые
2,0
3,0
40
Клевер (сено)
6,0
-
90
Люцерна (сено)
10,0
-
До 150
Луговые травы (сено)
6,0
-
До 120
Тимофеевка (сено)
6,3
-
До 86

Часть калия может теряется за счет водной и ветровой эрозии. По усредненным данным, эта величина составляет 4-8 кг/га. Принято считать, что расходные статьи потерь от эрозии компенсируются поступлением с семенами (около 2 кг/га) и осадками (2-6 кг/га).

Некоторая часть обменного калия может переходить в почве в фиксированное (необменно-поглощенное) состояние, становясь недоступной для растений. В снабжении растений калием участвуют также подпахотные слои почвы, уменьшая тем самым расход калия пахотного слоя. Так, в опытах на дерново-подзолистых почвах подсолнечник и люпин в среднем примерно 32% калия от общего выноса потребляли из подпахотных горизонтов.

[INSERT_ELEMENTOR id="4022"]

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.

Ссылки

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