|
|
ОглавлениеГлава 1. История развития агрохимии Глава 4. Химическая мелиорация почв Глава 5. Азотное питание и трансформация азота в почве Глава 6. Фосфорное питание растений Глава 7. Калийное питание растений Глава 8. Комплексные удобрения Глава 10. Органические удобрения Глава 11. Удобрение сельскохозяйственных культур Глава 12. Удобрение зернобобовых культур Глава 13. Физиологические основы питания и удобрения гречихи и картофеля Глава 14. Особенности питания и удобрения сахарной свеклы Глава 15. Особенности питания и удобрения масличных культур Глава 16. Питание и удобрение овощных культур Глава 18. Удобрение многолетних трав Глава 19. Удобрение плодовых и ягодных культур Глава 20. Приемы, способы и сроки внесения удобрений Глава 21. Особенности удобрения овощных культур в защищенном грунте Глава 22. Биологическое земледелие Глава 23. Определение потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях Глава 24. Агрохимия радиоактивных изотопов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 7. Калийное питание растенийКалий — один из основных элементов питания, потребляемых сельскохозяйственными культурами в процессе их роста и формирования урожая в большом количестве. Несмотря на высокое содержание общего калия в почве, его содержания в доступной для растений форме в большинстве случаев недостаточно, что вызывает необходимость применения калийных удобрений во всех регионах страны. Многочисленными исследованиями, проведенными в нашей стране и за рубежом, установлена важная многофункциональная роль калия в жизни растений и сохранении плодородия почв. Наряду с азотом и фосфором калий входит в «тройственный союз» наиболее важных биогенных элементов. Среди минеральных удобрений калий по эффективности применения во всех странах мира устойчиво занимает третье место, а во многих случаях — лидирующее положение. Еще до открытия месторождения калийных солей в Соликамске (1925 г.) на необходимость применения калийных удобрений постоянно обращал внимание Д. Н. Прянишников. Он предлагал организовать сбор золы в южных районах России, как источник калия для почв северных районов. Исследования В. Н. Прокошева (1952) на Соликамской опытной станции показали, что возделывание сельскохозяйственных культур без внесения калийных удобрений (вариант NP) на песчаных почвах в течение одной ротации севооборота приводит к снижению урожая картофеля на 60–70% по сравнению с NPK. Несмотря на важное значение калийных удобрений в повышении урожайности и качества растениеводческой продукции, их применение в земледелии России снизилось с 30 (1989 г.) до 2,5 кг К2О/га (2010 г.). Отрицательный баланс калия в земледелии характерен для всех регионов РФ. Существенное снижение обменного калия наблюдается не только в почвах Нечерноземной зоны, но и в почвах степных районов юга и востока России — черноземах и каштановых почвах. По данным В. М. Красницкого (2010), дефицит баланса калия в районах Западной Сибири превысил 65%. Ухудшение калийного состояния почв отмечается также в Ставропольском крае (А. И. Подколзин, 2007), Ростовской, Саратовской и др. областях. Снижению содержания калия в этих почвах способствовало многолетнее существование мнения об отсутствии необходимости применения калийных удобрений на этих почвах. Несмотря на то что калий непрерывно отчуждается из почвы, большинство почв длительное время продолжает обеспечивать им растения. Лишь на песчаных почвах, содержащих мало калия, урожайность сельскохозяйственных культур в равной мере зависит от внесения азотных, фосфорных и калийных удобрений. Калийные удобрения наиболее эффективны в зоне дерново-подзолистых и серых лесных почв, площадь пашни которых в нашей стране превышает 50 млн. га. Благоприятный водный и тепловой режимы почвы Нечерноземной зоны обеспечивают при внесении калийных удобрений высокие прибавки урожаев всех сельскохозяйственных культур. 7.1. Физиологическая роль калия в растенияхКалий — один из основных элементов питания растений, потребление которого обычно больше, чем других элементов, за исключением иногда азота. В отличие от С, Н, О, Р, N, S, образующих благодаря ковалентным связям устойчивые структурные органические соединения: белки, углеводы, липиды и др., калий не входит в состав каких-либо органических веществ, так как проявляемые им силы электровалентного (ионного) взаимодействия с анионами недостаточны для образования прочных соединений. Практически весь калий, содержащийся в растениях, входит в состав легко диссоциируемых соединений, что определяет высокую его подвижность в клетках и тканях растений. Содержание К+ в растениях определяется их видом и его концентрацией в почвенном растворе. Поэтому в зависимости от условий выращивания и физиологического состояния растений его содержание в отдельных органах растений варьирует от 1 до 7%, а листьях табака достигает 8% от сухой массы. По мере созревания сельскохозяйственных культур содержание его в вегетативных органах снижается в 3–4 раза. Калий контролирует активность более 100 ферментов. Ему принадлежит исключительно важная роль в поддержании осмотического давления, катионо-анионного равновесия зарядов цитоплазмы и тканей растений для протекания всех биохимических процессов. Калий (К+) постоянно сопровождает NO3–, Cl– и органические анионы при их ближнем и дальнем транспорте по ксилеме, благодаря чему поддерживается ионный баланс в органах и тканях растений. Находясь в ионной форме во всех органах и тканях растений, калий выполняет функцию противоиона органических кислот, образующихся в процессах обмена веществ в клетках, и тем самым обеспечивает довольно стабильную концентрацию Н+ (рН) в клеточном соке, а в сочетании с кальцием обусловливает консистенцию цитоплазмы. Его концентрация в клетках значительно превышает концентрацию других ионов. При этом даже самая высокая концентрация К+ в растениях (6–8%) не бывает токсичной, а является определяющим фактором в выполнении им различных функций. Поступление калия в клетки осуществляется активно и пассивно через клеточные мембраны. Растения обладают высокой избирательной способностью усваивать ионы К+. Например, при выдерживании молодых растений в питательном растворе, содержащем одинаковые концентрации KNO3 и NaNO3, они потребляли преимущественно калий, оставляя натрий в растворе. Его содержание всегда выше в молодых растущих органах, отличающихся высокой скоростью обмена веществ, и в надземных органах его почти всегда больше, чем в корнях. Повышение концентрации калия увеличивает скорость обмена веществ в растениях. Особенно велика роль калия в молодом возрасте. Поэтому содержание калия в листьях верхних ярусов растения всегда выше, чем в нижних. Характер перераспределения калия между разновозрастными органами растений в онтогенезе обусловливается биологическими особенностями культур. У созревающих зерновых культур значительная часть калия (20–50% в зависимости от погодных условий) после цветения оттекает через корневую систему и листья в почву. У капусты потребление калия продолжается до уборки, а некоторое снижение его содержания в листьях и кочанах к этому периоду связано с ростовым разбавлением. Для других овощных культур (корне- и клубнеплодов, томатов, перцев, баклажан и др.) характерно первоначальное накопление калия в листьях и стеблях с последующим перераспределением значительной его части в плоды и запасающие органы. Наряду с калием некоторые культуры поглощают также довольно большое количество натрия, однако он не может полностью заменить калий. Если внесение небольших доз NaCl под сахарную свеклу оказывает положительное влияние на урожай и качество, то избыток Na+ на засоленных почвах заметно снижает урожайность и сахаристость корнеплодов. Содержание К+ в культурных растениях всегда выше, чем Na+, даже в случаях когда они произрастают на засоленных почвах или при внесении высоких доз сырых калийных солей в качестве удобрения, например сильвинита, в котором натрий значительно преобладает над калием. Аналогичная закономерность преимущественного потребления растениями К+ по сравнению с Ca2+ и Mg2+ характерна для карбонатных почв, где в почвенном растворе всегда наблюдается преобладание кальция над калием. Недостаток калия приводит к снижению обводненности растений, изменению консистенции цитоплазмы и проницаемости мембран, что вызывает существенное нарушение обмена веществ. Положительное влияние калия на водоудерживающую способность растений особенно заметно проявляется в засушливые годы. Внесение калийных удобрений придает растениям устойчивость против преждевременного обезвоживания и старения. Существует причинно-следственная связь между освещенностью, содержанием калия и углеводов в растениях, поэтому в дневное время калий интенсивно поглощается корнями, а ночью, когда определенная часть органических кислот и углеводов расходуется на дыхание, он может выделяться корневой системой в почву. Повышение уровня калийного питания растений заметно увеличивает количество СО2, поглощаемое листьями. Напротив, при недостаточной обеспеченности растений калием листья значительно раньше перестают нормально функционировать, чем листья растений, обеспеченных калием. Накопление органических кислот и других метаболитов при остром дефиците калия в растениях вызывает побурение и иссушение верхней части листьев. Положительное влияние калия на углеводный обмен, содержание сахаров и осмотический потенциал в тканях растений позитивно сказывается на их засухо- и холодостойкости. Он способствует перемещению углеводов из вегетативных органов к органам отложения запасных веществ и их превращению в сахара или крахмал. Это свойство калия используется в сельскохозяйственной практике. Опрыскивание посевов сахарной свеклы, картофеля и плодовых деревьев 1%-ным раствором KCl или K2SO4 за 10–15 дней до уборки урожая заметно повышает содержание сахара и крахмала в продукции. Большое влияние оказывает калий на азотный обмен в растениях, способствуя образованию белков из органических кислот и минерального азота. Дефицит калия приводит к снижению урожайности и накоплению неиспользованного для роста растений нитратного азота в листьях, корнеплодах и клубнях, а также органического азота в форме свободных аминокислот. Между азотным обменом в растениях и содержанием в них калия существует функциональная зависимость, поэтому, чтобы обеспечить хорошее использование азота и калия растениями, необходимо параллельно увеличивать уровень их содержания в почве. В практике овощеводства, где часто вносят высокие дозы NPK, хорошо известно, что большие дозы азота требуют одновременного опережающего увеличения доз калийных удобрений. При хорошей обеспеченности растений калием образование в них белка и углеводов происходит параллельно увеличению содержания сухого вещества. Большое влияние на усвоение калия почвы растениями оказывает кальций. Высокие дозы калийных удобрений на кислых, бедных кальцием почвах могут вызвать у растений недостаток кальция, что особенно характерно для пасленовых (томата, баклажан, табака) и бобовых. Внесение высоких доз калийных удобрений заметно снижает содержание Са и Mg в клевере, что указывает на необходимость проведения известкования почв доломитом. Внесенный в больших дозах К+ всегда проявляет заметное антагонистическое действие по отношению к Mg2+ и Са2+, препятствуя поглощению их растениями. Недостаток калия в почве, напротив, способствует относительному повышению содержания в растениях Са и Mg. Наряду с Са2+ и Mg2+ физиологическая роль калия тесно связана с Na+. Калий и натрий, как основные одновалентные катионы в растениях, могут в определенной мере компенсировать друг друга. Увеличение содержания в растениях одного из них, как правило, приводит к уменьшению другого. Потребность в натрии у растений разных семейств неодинакова. Особенно большое значение имеет натрий для сахарной, комовой и столовой свеклы. В некоторых случаях экономия затрат на покупку дорогих калийных удобрений может быть осуществлена за счет применения более дешевых калийных солей, содержащих натрий. Хорошо известно, что применение под свеклу 40% калийной соли или сильвинита обеспечивает большую прибавку урожая и сбора сахара, нежели чистые KCl или K2SO4. Натрий в значительных количествах поглощается корнями и ис-пользуется в обмен на калий. В отдельных случаях натрий повышает урожаи в условиях недостатка калия, что свидетельствует о возможности частичного замещения калия натрием. Листья кормовой свеклы при возделывании ее в степной зоне содержат в сухой массе обычно 4–5% калия и 1,5–2% натрия. При этом содержание натрия снижается с увеличением дозы калия. То обстоятельство, что максимальные урожаи свеклы, получаемые при совместном внесении KCl и NaCl, превосходят максимальные урожаи с KCl, доказывает, что натрий положительно влияет на растения независимо от калия и в физиологическом аспекте при недостатке калия в почве выполняет функции, свойственные калию. При высоком уровне калийного питания собранные на хранение плоды (яблоки, груши, томаты, огурцы и др.), корнеплоды и картофель теряют гораздо меньше воды на испарение по сравнению с неудобренными калием. С увеличением содержания калия в растениях значительно возрастает их сопротивляемость к воздействию различных патогенов не только в период вегетации, но и при хранении плодов и овощей. 7.2. Потребление калия растениямиВ России и многих зарубежных странах содержание калия в почве, растениях и удобрениях традиционно принято выражать в пересчете на оксид калия (К2О), хотя во всех соединениях калий находится только в форме К+. Потребность сельскохозяйственных культур в калии обусловливается в основном их биологическими особенностями и урожайностью. Она близка к азоту, а для некоторых культур превосходит его. Калиелюбивые культуры — картофель, подсолнечник, табак, сахарная и кормовая свекла и овощные культуры потребляют в 1,5–2 раза меньше азота, чем калия, и особенно сильно нуждаются в нем. В отличие от азота и фосфора, содержание калия в 2–3 раза больше в соломе. Калий в урожае зерна обычно составляет 20–30% от содержания его в биомассе и практически не зависит от уровня калийного питания растений. Увеличение доз калийных удобрений или обменного калия в почве сказывается в основном на его содержании в вегетативных органах: листьях, стеблях, соломе, корнеплодах, клубнях и различных органах овощных культур. В зависимости от условий калийного питания содержание К2О в зерне изменяется мало (в пределах 0,4–0,6%), в то время как в соломе от 0,8–1 до 1,5–2,0%, или в 2–3 раза. Сопоставляя содержание калия в зерне пшеницы урожая 1887 г. в условиях Франции, когда калийные удобрения не использовались (Демолон, 1961), и урожая 1989 г. в условиях Московской области в период интенсивной химизации земледелия (Замараев, 1989), можно видеть, что применение калийных удобрений совершенно не отразилось на содержании К2О в зерне (табл. 7.1). Таблица 7.1 Содержание калия в зерне озимой пшеницы (% от сухой массы)
Несмотря на то что химический состав растений генетически обусловлен, содержание калия в вегетативных органах полевых, овощных и плодово-ягодных культур может изменяться в зависимости от условий произрастания в 2–4 раза (табл. 7.2), в репродуктивных — 1,2–1,5 раза. Широкое варьирование содержания калия в вегетативных органах растений связано с уровнем калийного питания растений, агротехническими и климатическими условиями. При дефиците калия в почве его содержание, например, в клубнях картофеля, может снижаться с 3–4% до 1,5%, в ботве с 3 до 0,8%. У капусты, моркови, свеклы и многих других овощных культур разница между содержанием калия в товарной и нетоварной части менее значительна и возникает у корнеплодов в предуборочный период вследствие оттока его из листьев при недостатке калия в почве. Таблица 7.2 Содержание К2О в основной и побочной продукции в период уборки (% от сухой массы)
Наиболее высокое содержание калия у зерновых культур наблюдается в фазе кущения (4,5–6,0%). По мере роста и многократного увеличения фитомассы растений его содержание уменьшается в силу ростового разбавления. В период созревания содержание калия в сухом веществе биомассы зерновых, зернобобовых, масличных и др. культур заметно снижается, достигая минимального значения (1–1,5%) в период созревания. Динамика потребления калия растениями в целом довольно тесно коррелирует с накоплением сухой массы. Однако в начале вегетации потребление его растениями происходит более быстрыми темпами, чем прирост сухой массы. В это время содержание калия в растениях составляет 4–6%, что значительно превышает физиологическую потребность в нем растений. Запасенный в начале вегетации калий используется растениями в последующие периоды роста, и тем самым устраняется возможный дефицит калия в дальнейшем. Поэтому для нормального роста растений очень важна хорошая обеспеченность калием в молодом возрасте. После фазы цветения злаковые культуры практически не потребляют калий из почвы, а формирование зерна обеспечивается за счет реутилизации ранее накопленного калия в вегетативных органах. В дальнейшем по мере созревания зерна и старения растений происходит отток калия в почву через корневую систему и в результате вымывания его осадками из листьев. В количественном отношении наиболее высокое потребление калия растениями наблюдается в период их интенсивного вегетативного роста: у зерновых культур в период от кущения до конца трубкования, у льна от фазы елочки до цветения. У свеклы (сахарной, кормовой, столовой), моркови, картофеля, капусты и многих других овощных культур, уборка которых не связана с физиологической спелостью, поглощение калия продолжается вплоть до уборки без явно выраженного максимума. С 1 т товарной и соответствующим количеством побочной продукции (хозяйственный вынос) зерновые и зернобобовые культуры выносят 20–30 кг К2О, картофель, сахарная и кормовая свекла — 6–9 кг, большинство овощных культур — 4–5 кг. Средними урожаями картофеля, кормовой, сахарной свеклы и капусты выносится 150–200 кг/га калия (К2О), а при довольно высоких урожаях вынос его может достигать 300–400 кг/га. Так, при урожае зерна пшеницы 5 т/га, картофеля 40 т/га и 80 т/га кормовой свеклы хозяйственный вынос К2О составляет соответственно 120–140, 300–320 и 450–480 кг/га. При возделывании сельскохозяйственных культур без применения калийных удобрений из почвы, в зависимости от культуры и погодных условий, с полей РФ ежегодно отчуждается 40–90 кг/га К2О, в том числе 10–30% калия, используемого растениями приходится на подпахотные горизонты. В Нечерноземной зоне РФ, в связи с низким уровнем химизации земледелия в последние годы, а следовательно, и урожайностью, вынос калия растениями составляет примерно 40–60 кг/га, что составляет примерно 0,1–0,3% валового его содержания в пахотном слое почвы, т. е. по сравнению с азотом и фосфором запасы калия почвы расходуются медленнее. Размеры потребления и отчуждения калия из поля зависят и от физиологической зрелости культуры. Максимальное потребление ка-лия зерновыми культурами достигается к периоду цветения и началу формирования зерна, а моменту уборки в растениях остается 65–75%. Таким образом, потребность зерновых культур в калии всегда выше, нежели вынос его урожаем в период уборки. Корнеплоды (морковь, свекла, редька и др.) и капуста продолжают расти и потреблять калий до уборки, а поскольку во второй половине вегетации идет более интенсивный прирост товарной части (корнеплода и кочана) по сравнению с листьями, то, чем позже проводится уборка, тем больше калия, используемого на формирование фитомассы, содержится в товарной продукции. По мере нарастания массы корнеплодов и клубней картофеля соотношение и содержание элементов питания в товарной и части растений по отношению к нетоварной постоянно увеличивается. У картофеля накопление калия в надземной части продолжается обычно до фазы цветения, а в период клубнеобразования часть его постепенно оттекает из ботвы в клубни. Поэтому при ранней уборке картофеля, моркови, свеклы и других овощных культур доля калия в нетоварной части урожая значительно выше, чем при поздней. При уборке картофеля и овощных культур в ранние сроки масса ботвы и содержание в ней элементов питания могут быть соизмеримы с товарной частью. В этом случае затраты калия на создание единицы продукции могут быть в 1,5–2 раза выше, чем при уборке растений в поздние сроки. Чем раньше убираются с поля корнеплоды, картофель и овощные культуры, тем больше содержится калия в побочной продукции и меньше в основной. Отсюда следует, что, в зависимости от хозяйственной спелости во время уборки, структура урожая овощных культур и корнеплодов и доля калия в товарной и побочной продукции может сильно варьировать. Учитывая, что калий в побочной продукции обычно остается в поле, отчуждение его происходит в основном с товарной частью урожая, дозы удобрений следует корректировать с учетом остаточного выноса. В зависимости от сорта, условий питания и периода уборки с кочанами капусты отчуждается с поля 60–70% потребленного калия, плодами томата — 65–75, корнеплодами сахарной свеклы — 60–70, моркови — 70–80, клубнями картофеля — 70–90%. У зерновых культур, напротив, 75–85% поглощенного калия содержится в соломе и 15–25% в зерне. Таким образом, баланс калия в агроценозах в значительной степени зависит от культур севооборота, структуры урожая и хозяйственного использования побочной продукции. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
