Содержание страницы
1. Роль калия в жизни растений
Физиологическая роль калия для растений заключается в том, что он обеспечивает течение такого важного процесса, как фотосинтез, активизирует деятельность многих ферментов, участвует в углеводном и азотном обменах. При недостатке калия тормозится синтез белка, в результате нарушается весь азотный обмен. Недостаток калия особенно сильно проявляется при питании растений аммонийным азотом.
Калий находится почти во всех органах и тканях растений, но чаще всего в неодинаковых количествах. Так, в соломе зерновых культур его гораздо больше, чем в зерне. В ботве картофеля значительно больше, чем в клубнях. Особенно много калия содержат молодые растения, в которых энергично делятся клетки.
Наибольшее накопление калия в растениях в большинстве случаев совпадает с периодом цветения.
В зерне содержание калия составляет 0,6–0,7 %, в соломе – 1,2–1,8, в клубнях картофеля, корнеплодах – 0,3–0,6 % на сырую массу.
Физиологическая роль калия в жизни растений проявляется прежде всего в поддержании благоприятных (для жизни клетки) физикохимических свойств протоплазмы – ее оводненность, вязкость, набухаемость, эластичность и др., что имеет большое значение для нормального обмена веществ.
Способность калия увеличивать гидрофильность (оводненность) растительных клеток, поддерживать тургор и объясняет его большое значение в повышении зимостойкости и засухоустойчивости растений. Хорошее калийное питание предотвращает развитие грибных заболеваний. У зерновых повышается устойчивость к поражению мучнистой росой и ржавчиной, у овощных, картофеля и корнеплодов – к гнилям, увеличивается срок хранения растениеводческой продукции.
Недостаток калия тормозит развитие растений, приводит к значительному снижению урожая и ухудшению его качества. Явные внешние признаки калийного голодания проявляются у растений при снижении содержания в них калия в 3–5 раз по сравнению с нормальным. Один из наиболее специфических признаков – краевой «запал». При этом края и кончики листьев, прежде всего нижних, буреют, приобретают «обожженный» вид, на пластинках появляются мелкие ржавые пятна.
Большое значение калия связано с содержанием в растениях радиоактивного изотопа калия 40К. На его долю приходится 0,011 %, 39К – 93,08 и 41К – 6,91 %. 40К излучает бета- и гама-лучи. Считают, что оба вида излучений создают дополнительную внутриклеточную энергию (излучение полезно для растений).
Следует отметить, что радиационный фон земли в немалой степени обусловлен 40К. Радиоактивный изотоп калия является важным глубинным источником тепла нашей планеты.
Более интенсивное поглощение калия свойственно молодым растениям. Установлено, что яровая пшеница в фазе кущения потребляет 25,4 % калия, в фазе выхода в трубку – 42,1 и колошения – 100 %. В корнеплодах калий в наибольшем количестве накапливается в июле – августе. Однако поступление его идет до момента уборки.
При недостатке калия в питательной среде происходит отток его из более старых органов в молодые, где он используется повторно (реутилизируется).
Для предотвращения избыточного накопления нитратов растения должны быть обеспечены калием, так как при его недостатке тормозится синтез белков и углеводов и накапливается небелковый азот (нитраты).
В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений – содержится почти целиком в минеральной ионной форме в виде растворимых солей клеточного сока и лишь частично образует прочные адсорбционные комплексы. Он содержится в цитоплазме и вакуолях, а в ядре отсутствует. Около 20 % калия удерживается в клетках в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы, до 1 % необменно поглощается митохондриями, а примерно 80 % находится в клеточном соке и легко извлекается водой. Поэтому калий вымывается из растений дождями, особенно из старых.
Исследования, проведенные в РУП «Институт почвоведения и агрохимии», показали, что потребление азота и фосфора ячменем непрерывно возрастает от фазы кущения до полной спелости. В то же время увеличение потребления калия наблюдается до фазы колошения, когда оно достигает максимума, а к фазе полной спелости снижается в два раза.
В результате частичного растительного опада, вымывания дождями вынос калия урожаями различных сельскохозяйственных культур убывает на 20–50 % по сравнению с периодом их интенсивного развития. Так, после сильных дождей растения сахарной свеклы теряют до 50 % калия. Особенно сильно теряется калий из листьев в ночное время. На свету калий более прочно удерживается цитоплазмой.
Повышая активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, в частности сахарозы и амилазы, калий усиливает отток сахаров из листьев в другие органы. Этим объясняется положительное действие калийных удобрений на накопление крахмала в клубнях картофеля, сахара – в сахарной свекле и других корнеплодах, плодах и овощах. Недостаток калия может снизить содержание крахмала в клубнях на 5–6 %.
Калий усиливает также синтез высокомолекулярных углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы), а также пектиновых веществ. Это приводит к утолщению клеточных стенок соломины зерновых, что повышает устойчивость хлебов к полеганию.
Оптимальное калийное питание способствует усиленному образованию лубяных волокон у льна, что способствует большому выходу волокна.
Имеются данные о положительном влиянии калия на вкусовые качества плодов. Калий способствует образованию богатой энергией
АТФ, которая участвует в процессах фотосинтетического и окислительного фосфорилирования.
Калий необходим также животным и человеку. Человек должен ежедневно получать 2,5–5 г калия. Соли калия необходимы для нормальной работы сердца и других органов, способствуют выведению избыточной жидкости из организма. При заболеваниях сердца назначают препараты, содержащие калий. Много калия в изюме, картофеле (жареном, печеном).
Корма считаются оптимальными по содержанию калия при содержании 0,7–1 % (в расчете на сухое вещество).
2. Месторождения калийных солей, способы получения, состав и свойства калийных удобрений
Сырьем для производства калийных солей являются природные калийные соли. Крупнейшими месторождениями хлористых калийных солей на территории стран СНГ являются Верхнедвинское, расположенное в России около городов Соликамск и Березники (более 12 млрд. т) и Белорусское (1 млрд. 247 млн. т), Петриковское (1,2 млрд. т). Прикарпатское месторождение (Западная Украина) представлено преимущественно сернокислыми солями (шенит, лангбейнит и каинит). Осваиваются Тюбегатанское и Карлюкское месторождения в Таджикистане. Имеется сырье для производства калийных удобрений в ФРГ, Франции, США, Канаде, Израиле, Италии и других странах.
Основной формой калийных удобрений в республике является хлористый калий. Ассортимент калийных удобрений планируется расширить за счет производства комплексных удобрений, в состав которых входит калий.
Производимые в СНГ калийные удобрения по химическому составу подразделяют на хлоридные (хлористый калий и смешанные соли) и сульфатные (сульфат калия, калимагнезия и калимаг). В зависимости от содержания калия и технологии производства калийные удобрения подразделяются на концентрированные, представленные хлоридными и сульфатными формами, и размолотые природные соли (сильвинит и каинит). Кроме того, в качестве калийсодержащих удобрений могут использоваться отходы промышленности – цементная пыль и древесная зола.
Хлористый калий (КСl) – основное калийное удобрение, на долю которого в ассортименте калийных удобрений приходится около 95 %.
Содержит 56–60 % К2О. Это кристаллическое вещество розового, белого и красно-бурого цвета, хорошо растворимое в воде. Получают его разделением сильвинита на хлориды калия и натрия гидроциклонным способом, а также галургическим и флатационным обогащением калийных руд. При гидроциклонном способе получают крупнокристаллический хлористый калий путем разделения хлоридов калия и натрия по удельной массе в специальных аппаратах «Гидроциклон».
Галургический способ получения хлористого калия основан на различной растворимости этих солей при повышении температуры до 90–100 °С. При этом в растворах, насыщенных обеими солями, содержание хлористого калия увеличивается примерно в два раза, а хлористого натрия уменьшается. При последующем охлаждении раствора до 20–25 °С хлористый калий кристаллизуется, а хлористый натрий остается в растворе. После высушивания образовавшихся кристаллов получается белый мелкокристаллический хлористый калий, который при хранении слеживается.
Грануляция улучшает физические свойства удобрения. Флотационный способ получения хлористого калия отличается от предыдущего тем, что для отделения КСl от NaCl в сильвинит добавляют поверхностно-активные вещества (амины), которые адсорбируются только на поверхности кристаллов КСl. При интенсивной продувке его кристаллы всплывают, а кристаллы NaCl оседают. Флотационный хлористый калий имеет более крупные естественные кристаллы розового цвета, а реагенты на поверхности кристаллов КСl резко уменьшают слеживаемость удобрения.
Сернокислый калий, или сульфат калия (K2SО4), – мелкокристаллическая соль белого или сероватого цвета, хорошо растворимая в воде. Содержит 46–50 % К2О. Получают путем конверсии шенита в лангбейнит при добавлении хлористого калия, который реагирует с сульфатом магния, что приводит к выделению MgCl2 и дополнительному образованию сульфата калия в удобрении:
Удобрение обладает хорошими физическими свойствами и может применяться на любых почвах и под все культуры, но особенно хорошо для культур, чувствительных к хлору (картофель, гречиха, лук, огурцы и др.).
40%-ная калийная соль (КСl + KCl · NaCl) – кристаллическая соль серого цвета с включением розовых кристаллов. Получается механическим смешиванием хлористого калия с тонкоразмолотым сильвинитом. Содержит 40 % К2О. Хорошее удобрение для культур, отзывчивых на натрий и малочувствительных к хлору (сахарная свекла, кормовые и столовые корнеплоды). Для растений, чувствительных к избытку хлора, калийная соль менее пригодна, чем хлористый калий.
3. Взаимодействие калийных удобрений с почвой
Все калийные удобрения хорошо растворимы в воде. При внесении в почву они быстро растворяются и на основе обменных реакций вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом:
.
Часть калия удобрений поглощается почвой в результате необменного поглощения.
Калий и другие катионы (Na+, Mg2+), входящие в состав калийных удобрений, поглощаются коллоидной частью почвы, а хлор остается в почвенном растворе и поэтому легко вымывается. В поглощенном состоянии снижается подвижность калия и тем самым предотвращается его вымывание. Исключение составляют песчаные и супесчаные почвы, имеющие малую емкость поглощения. Обменно поглощенный почвой калий удобрений легко доступен растениям. Коэффициент использования калия из минеральных удобрений – 60–70 %.
Все калийные удобрения – физиологически кислые соли, но кислотность их меньше, чем аммонийных удобрений, и проявляется только при длительном применении под культуры, потребляющие большое количество калия (гречиха, корнеплоды, картофель, овощи). Сильное подкисление почвы происходит только при систематическом внесении высоких доз удобрений, особенно на почвах, не насыщенных основаниями. Чтобы предупредить отрицательное влияние калийных удобрений, на этих почвах необходимо проводить известкование.
Необменное поглощение (фиксация) калия удобрений в зависимости от минералогического состава почв и дозы калийных удобрений может составлять, по данным В. У. Пчелкина, от 14 до 82 %. Фиксированный калий менее доступен растениям, а в некоторых случаях и вовсе недоступен. Необменное поглощение калия свойственно глинистым минералам монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, поэтому размер фиксации калия почвами в сильной степени зависит от их минералогического состава. Песчаные и супесчаные почвы калия фиксируют меньше, чем средне- и тяжелосуглинистые. Высушивание почвы, особенно чередующееся с увлажнением, может значительно усиливать процессы фиксации калия. Поэтому калийные удобрения нельзя вносить в верхний часто пересыхающий слой почвы.
Разные формы калия в почве взаимодействуют следующим образом: калий кристаллической решетки ↔ необменный калий ↔ обменный калий ↔ калий почвенного раствора. В результате растения могут использовать все формы калия почвы, но в разных количествах.
Характер взаимодействий калийных удобрений с почвенным поглощающим комплексом свидетельствует об очень слабой миграции калия по почвенному профилю, за исключением песчаных и супесчаных почв. По данным многолетних лизиметрических опытов, проведенных Институтом почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, среднегодовые потери К2О в зависимости от типа почвы и гранулометрического состава почвы составляют в среднем 3,9–32,9 кг/га.
Как правило, на почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава обменный калий удобрений не выщелачивается ниже слоя 40–60 см, т. е. остается в корнеобитаемом слое. Очень слабая миграция калия – вторая причина, почему калийные удобрения нельзя заделывать в самый верхний слой почвы, так как корневая система уходит в поисках влаги в более глубокие горизонты. По этой же причине калийные удобрения при подкормках чаще всего бывают менее эффективны, чем при разовом внесении всей нормы до посева.
4. Особенности использования и способы повышения эффективности калийных удобрений
Использование калийных удобрений на бедных калием дерновоподзолистых почвах легкого гранулометрического состава и торфяных почвах обычно дает значительные прибавки урожая всех сельскохозяйственных культур.
При определении норм калийных удобрений принимают во внимание тип и гранулометрический состав почв, содержание в них обменных форм калия, условия увлажнения, биологические особенности сельскохозяйственных культур, величину планируемого урожая и его качество. Одним из важнейших условий хорошего действия калийных удобрений является достаточная обеспеченность растений другими элементами питания, прежде всего азотом и фосфором.
Средние нормы калийных удобрений для большинства сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах – 60–90 кг/га. Для культур с повышенной потребностью в калии (свекла, картофель, плодовые и овощные) нормы калийных удобрений увеличивают до 90–150 кг/га. На торфяных хорошо окультуренных почвах нормы калийных удобрений составляют: под зерновые и зернобобовые – 90–150 кг/га, пропашные, технические и овощные – 150–180, многолетние и однолетние травы – 120–150 кг/га.
Наиболее рациональная схема применения калийных удобрений должна предусматривать внесение основных доз калия на 120–140 % от выноса с урожаями на слабообеспеченных по содержанию подвижного калия почвах (менее 140 мг/кг), на почвах с высоким содержанием калия (более 300 мг/кг) вынос калия целесообразно компенсировать на 50 %, а с повышенным (141–300 мг/кг) – на 100 %.
На связных почвах всю норму калийных удобрений целесообразно вносить с осени под плуг при зяблевой вспашке и не проводить подкормок (за исключением небольшой дозы в рядки под сахарную свеклу, картофель). При осеннем внесении хлорсодержащих калийных удобрений хлор вымывается из корнеобитаемого слоя почвы осенневесенними осадками и не оказывает отрицательного влияния на хлорофобные культуры. Если с осени калийные удобрения внести не удалось, их вносят под перепашку или глубокую культивацию рано весной, но в этом случае хлорсодержащие удобрения могут оказать отрицательное влияние на урожайность чувствительных к хлору культур. Только на песчаных и супесчаных, а также торфяных и пойменных почвах из-за опасности вымывания не только хлора, но и калия, калийные удобрения следует вносить весной. На легких почвах, особенно орошаемых, целесообразно часть калийных удобрений вносить в подкормку пропашных культур.
Более требовательны к калию овощные, корнеплоды, картофель, плодовые и силосные культуры. Под эти культуры и следует вносить калий в первую очередь. Однако плодовые, ряд овощных (особенно закрытого грунта), гречиха, картофель, лен и некоторые другие культуры нуждаются в бесхлорных калийных удобрениях. Лучшей формой калийных удобрений для них является сернокислый калий. При осеннем внесении хлорсодержащих калийных удобрений отрицательное влияние хлора, как отмечалось, исключается.
Для сахарной свеклы, кормовых корнеплодов первостепенное значение имеют калийные удобрения, содержащие натрий (калийная соль). Натрий усиливает отток углеводов из листьев в корни, что способствует увеличению содержания в них сахара.
На известкованных почвах, особенно для льна и картофеля, требуются более высокие (на 20 %) нормы калийных удобрений из-за антагонизма между ионами калия и кальция при поступлении их в растения.
Важным условием эффективного применения калийных удобрений является хорошая обеспеченность растений азотом и фосфором. На почвах, бедных азотом и фосфором, одни калийные удобрения не дают должного эффекта. Хорошие результаты дает также совместное внесение органических и минеральных калийных удобрений.
Калийные удобрения повышают урожайность зерновых культур, озимого и ярового рапса на 2–3 ц/га. Окупаемость 1 кг К2О зерновыми культурами составляет в среднем 3–5 кг зерна.
