Круговорот и баланс калия в земледелии

Содержание в почве и доступность калия

Калий содержится в почве преимущественно в форме солей и поглощённом состоянии — доступном (обменном) и недоступном (необменном) виде. Он хорошо удерживается почвой, за исключением лёгких почв с малой ёмкостью поглощения.

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 ввиду особенностей обменных реакций, не означает достаточного обеспечения им растений, так как только около 1% его валового содержания доступно для растений. Поэтому характеристикой обеспеченности калием является его количество в подвижных формах.

По доступности для растений все соединения калия в почве разделяют на пять групп:

1. Калий, входящий в состав почвенных минералов алюмосиликатов. Труднодоступная форма калия. Однако некоторые минералы (мусковит, биотит и нефелин) способны трансформировать в доступные формы 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 чернозёмов — около 60 кг/га.
2. Поглощённый, или адсорбционно-связанный почвенными коллоидами, калий является основным источником питания растений. 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 формы калия — наиболее доступная форма. Составляют 10-20% (около 1% по данным Э. Рюбензама и К. Рауэ) обменного калия. По данным МСХА в неудобренной дерново-подзолистой почве в течение весенне-летнего периода содержание водорастворимых форм калия составляло 1,5-5 мг/кг почвы. 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.
4. Биогенно связанный калий, то есть входящий в состав биомассы почвенных бактерий, растительных остатков и биоты. Его доля может достигать, например, в дерново-подзолистых почвах 40 кг K₂O на 1 га. В доступную форму переходит только после отмирания и минерализации остатков.
5. Калий, фиксированный почвой. Калий может закрепляться в минеральной части почвы в необменном состоянии. Процесс протекает наиболее активно в условиях переменного смачивания и подсыхания почвы и преобладает в почвах тяжёлого гранулометрического состава, содержащих глинистые минералы монтмориллонит и гидрослюды, которым характерна внутрикристаллическая адсорбция катионов, в отличие от каолинита.
6. Закрепление калия в необменную форму интенсифицируется в щелочной среде, преобладает в солонцах. Чернозёмы фиксируют калий в большей степени, чем дерново-подзолистые почвы.

Почвы обладают определенным пределом фиксации калия из удобрений: для дерново-подзолистых он редко превышает 200 кг/га, для чернозёмов может достигать 300-700 кг K₂O на 1 га. Использование калийных удобрений позволяет достичь полного насыщения ёмкости 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 чернозёмов 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.

Круговорот 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 счёт 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 статьёй баланса калия в земледелии является хозяйственный вынос с продукцией.

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

Таблица. Содержание калия в урожае важнейших сельскохозяйственных культур.

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 лёгких почвах примерно 5%, на тяжёлых — 2% от внесенного с удобрениями количества. На интенсивность вымывания влияют гранулометрический состав почвы, водный режим, дозы удобрений, биологические особенности культур.

Часть калия может теряться от водной и ветровой эрозии. По усреднённым 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-поглощённое) 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.

Баланс калия

Баланс калия (Б_K) определяется по формуле:

где Б_K — баланс калия, кг/га K₂O.

Приходные статьи баланса:

• K_у — поступление с удобрениями K_у = (K_м + K_op), где K_м — поступление с минеральными удобрениями;
• K_op — поступление с органическими удобрениями;
• K_с — поступление с семенами (посевным материалом);
• K_ро — поступление с растительными остатками;
• K_о — поступление с осадками.

Расходные статьи баланса:

• K_ву — вынос с урожаем основной и побочной продукции;
• K_ро — вынос с растительными остатками;
• K_п — потери из почвы K_п = (K_пв + K_пэ), где K_пв — потери от вымывания;
• K_пэ — потери от эрозионных процессов.

Поступление калия с удобрениями и семенами определяется по химическому составу и нормам высева. Величина поступления с атмосферными осадками для калия колеблется в пределах 2-6 кг/га. Вынос калия с урожаем (K_в) определяется по химическому составу и количеству основной и побочной продукции.

Потери калия от эрозии (K_пэ) по усреднённым данным составляют — 3-5 кг/га. Потери калия от вымывания зависят от гранулометрического состава почвы, количества осадков, доз удобрений и культур.

Потери калия от вымывания удобрений (K_пв) составляют: для лёгких почв — 5%, для тяжёлых — 2% от внесенного количества.

Литература

• Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. / Под ред. Б. А. Ягодина М.: Колос. 2002
• Евтефеев Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии: учебное пособие. М.: ФОРУМ. 2013
• Минеев В. Г., Сычёв В. Г., Гамзиков Г. П. и др. Агрохимия. Учебник. / Под ред. Минеева В. Г. М.: Изд-во ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. 2017