7.Роль калия в жизни растений. Содержание и формы калия в почвах. Превращения калия в почвах. Содержание подвижного калия как показатель, характеризующий обеспеченность почв калием.
Калий в растениях. В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений, находится в растениях только в ионной форме (К+). Около 80 % калия содержится в клеточном соке, а остальные 20 % обменно адсорбируются коллоидами цитоплазмы.
Калий совместно с другими катионами регулирует физико-химическое состояние коллоидов протоплазмы, при этом повышает их гидрофильность. Поэтому способствует поступлению воды в клетку, повышает тургор, осмотическое давление и водоудерживающую способность растений. Только при оптимальном калийном питании обеспечивается нормальная жизнедеятельность биоколлоидов, необходимая для протекания всех процессов обмена веществ в клетке.
Калий активирует многие ферментные системы. Необходим для включения фосфора в органические соединения. Участвует в углеводном обмене: стимулирует процесс фотосинтеза, ускоряет передвижение углеводов из листьев в другие органы, усиливает синтез ди- и полисахаридов.
Калий играет важную роль в белковом обмене, особенно при питании растений аммонийным азотом: активизирует работу ферментов, участвующих в синтезе белков, тем самым способствует образованию белков из аминокислот, снижая в то же время содержание в растениях минеральных и низкомолекулярных органических соединений азота.
Содержание калия (К2О) в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур. Содержание в среднем составляет около 1 % на сухое вещество, варьируя от 0,5 до 5 % в зависимости от биологических особенностей растений, их органов и условий калийного питания.
Пропашные и овощные культуры (картофель, корнеплоды и т.д.) калиелюбивые, так как потребляют значительно больше калия на единицу сухого вещества, чем зерновые хлеба и многолетние травы. Например, зерновые характеризуются практически одинаковым содержанием азота и калия, в то время как в пропашных и овощных калия содержится примерно в 1,5 раза больше, чем азота.
Более высокая концентрация калия свойственна молодым жизнедеятельным органам растений, в которых интенсивно протекают процессы обмена веществ и деления клеток. Однако, в отличие от азота и фосфора, калия больше в вегетативных органах, чем в репродуктивных. Так, зерно злаковых культур содержит 0,5-0,6 % К2О, а солома – 0,8-1,5 %
Содержание калия в растениях зависит и от содержания его доступных форм в почве, повышаясь по мере улучшения условий питания.
Вынос калия с урожаями зависит от биологических особенностей культур. При средней урожайности зерновые культуры и многолетние травы выносят 40-90 кг/га калия, пропашные и овощные – 150-300 кг/га.
Динамика потребления калия во время вегетации. Критический период в потреблении калия растениями – первые 15 дней после всходов. Периоды максимального потребления отмечаются в разные фазы роста и развития: у зерновых – выхода в трубку и колошения, льна – во время цветения, хлопчатника – в период цветения и формирования волокна.
Признаки недостатка и избытка калия для растений. Калий реутилизируется, поэтому признаки его недостатка в первую очередь обнаруживаются на нижних листьях, края которых преждевременно желтеют, затем приобретают бурую окраску и отмирают («краевой ожог» листьев).
При избытке калия на листьях между жилками появляются бледные мозаичные пятна, которые со временем буреют. Затем листья опадают.
Калий в почвах. Содержание и запасы калия в почвах. Общее содержание варьирует от 0,01 до 3 % К2О, то есть калия, как правило, больше, чем азота и фосфора вместе взятых. Практически весь калий почв представлен минеральными соединениями. Соответственно, минимальное содержание калия характерно для торфяных почв – 0,01-0,05 % .
Содержание калия зависит в основном от гранулометрического и минералогического состава почв. Калийсодержащие минералы большей частью формируют мелкодисперсные фракции почвы. Поэтому мало содержат калия (до 1-1,2 %) песчаные и супесчаные разновидности. Суглинистые и глинистые почвы чаще всего содержат 2-2,5 % К2О.
Общий запас калия только в пахотном слое почв на 1 га огромен, может достигать 90 т . Кроме того, значительные его количества находятся в подпахотных горизонтах, содержащих обычно примерно столько же калия, как и пахотный слой.
Формы калия в почвах и его превращения. По доступности растениям выделяется 5 групп соединений калия в почвах:
1) Калий алюмосиликатов – входит в состав кристаллической решётки минералов – полевых шпатов (ортоклаз и др.), слюд (мусковит и т.д.), пироксенов, гидрослюд и т.д. Непосредственно растениями не усваивается, но в процессе выветривания минералов под влиянием воды, растворённых в ней кислот, в результате колебаний температуры и деятельности микроорганизмов может переходить в доступные соединения. В этой форме содержится основное количество калия – не менее 91 % от общего содержания его в почве;
2) Необменный калий – фиксирован в межпакетных пространствах трёхслойных глинистых минералов. Малодоступен для растений. В этой форме находится значительное количество калия – до 9 % общего содержания;
3) Обменный калий – поглощён ППК. Может переходить в почвенный раствор при обменных реакциях, поэтому является главным источником питания растений. Содержание его составляет 0,5-3 % от общего;
4) Водорастворимый калий – находится в почвенном растворе в виде солей минеральных и органических кислот. Легко усваивается растениями. Содержание незначительное – порядка 10-20 % от обменного калия. Между водорастворимым и обменным калием существует динамическое равновесие. Если содержание водорастворимой формы снижается вследствие потребления растениями, то количество её пополняется за счёт обменного калия;
5) Органический калий – входит в состав пожнивно-корневых остатков и плазмы микроорганизмов. Становится доступным после их минерализации. Органического калия в почвах очень мало – до 0,05 % от общего содержания.
Превращения калия – противоположно направленные процессы.
С одной стороны, недоступные для растений калий алюмосиликатов, а также необменный и органический постепенно переходят в водорастворимое и обменное состояние. Так, при выветривании минералов в дерново-подзолистых почвах ежегодно образуется 15-30 кг/га доступных соединений калия.
С другой стороны, водорастворимый и обменный могут потребляться микроорганизмами или подвергаться необменному поглощению, то есть переходить в недоступные растениям формы. Значительная часть калия удобрений может закрепляться в почве в результате необменной фиксации.
Содержание подвижного калия в почвах. Подвижный калий – это сумма водорастворимой и обменной форм. Содержание его принято определять в тех же вытяжках, что и содержание подвижного фосфора: дерново-подзолистые и серые лесные почвы обрабатываются 0,2 н. HCl (по Кирсанову), некарбонатные и карбонатные чернозёмы – соответственно 0,5 н. СН3СООН (по Чирикову) и 1 % (NH4)2CO3 (по Мачигину). При сопоставлении результатов анализов с эмпирически обоснованными группировками устанавливается степень обеспеченности почв калием.
Оптимальное содержание подвижного калия, обеспечивающее получение высоких урожаев, составляет в зернотравяных севооборотах Нечерноземной зоны 120-170, зернопропашных – 170-250, овощных – 250-300 мг/кг К2О.
Баланс калия в почвах.
1) Органические и минеральные удобрения – основная.
2) Поступление с семенами растений – около 2 кг/га·год К2О.
1) Вынос урожаями сельскохозяйственных культур – основная.
2) Водная и ветровая эрозия – до 10-20 кг/га·год К2О.
3) Вымывание с инфильтрационными водами – в значительных размерах происходит только на лёгких почвах (до 10-12 кг/га·год). В тяжёлых почвах калий слабо мигрирует по профилю почвы и почти не вымывается.
Таким образом, только при использовании органических и минеральных удобрений можно обеспечить бездефицитный баланс калия в почвах.
Источник
Физиологическая и биохимическая роль калия для растений.
Калий наряду с азотом и фосфором относится к главным элементам питания растений. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична.
В растениях калий находится в ионной форме. До сих пор неизвестно ни одного органического соединения, в состав которого входил бы этот элемент. Калий содержится в основном в цитоплазме и вакуолях клеток; в ядрах и пластидах он отсутствует.
Молодые органы растений содержат калия в 3—5 раз больше, чем старые: его больше в тех органах и тканях, где интенсивно идут процессы обмена веществ и деления клеток. Поэтому калий иногда называют элементом молодости. Много калия в пыльце растений.
Легкая подвижность калия в растениях обусловливает его реутилизацию путем перемещения из старых листьев в молодые.
Физиологические функции калия весьма разнообразны. Установлено, что он стимулирует нормальное течение фотосинтеза, усиливает отток углеводов из пластинки листа в другие органы, а также синтез Сахаров и высокомолекулярных углеводов — крахмала, целлюлозы, пектиновых веществ, ксиланов.
Калий усиливает накопление моносахаров в плодовых и овощных культурах, повышает содержание сахарозы в корнеплодах, крахмала в картофеле, утолщает стенки клеток соломины злаковых культур и повышает устойчивость хлебов к полеганию, а у льна и конопли улучшает качество волокна.
Накапливаясь в хлоропластах и митохондриях, калий стабилизирует их структуру и способствует образованию АТФ. Калий увеличивает гидрофильность коллоидов протоплазмы; при этом снижается транспирация, что помогает растениям лучше переносить кратковременные засухи. Калий играет важную роль в синтезе и обновлении белков в растениях.
При его недостатке синтез белков резко снижается и одновременно происходит распад старых белковых молекул. В растениях накапливаются растворимые азотные соединения.
Положительное влияние калия на синтез белков связано, по-видимому, во-1х, с его влиянием на накопление и трансформацию углеводов (а последние, как известно, в процессе дыхания дают кетокислоты — материал для построения аминокислот) и, во-2х, с усилением под влиянием калия деятельности ферментов, участвующих в синтезе белка.
Калий поглощается растениями в виде катиона и, очевидно, в такой форме остается в клетке, образуя лишь слабые связи с ее веществами. В такой форме калий является основным противоионом для нейтрализации отрицательно заряженных компонентов клетки, а также создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой. Возможно, именно в этом проявляется специфическая функция калия как незаменимого элемента питания.
Активизируя важнейшие биохимические процессы в клетках растений, калий повышает их устойчивость к различным заболеваниям, значительно улучшает лежкость плодов и овощей. Содержание калия в клетках растений существенно выше, чем других катионов.
Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления совпадает с периодом интенсивного прироста биологической массы. У одних растений поступление калия заканчивается уже к фазе полного цветения (лен) или к цветению — началу молочной спелости (зерновые и зернобобовые). У других растений оно более растянуто и происходит в течение всего вегетационного периода (картофель, сахарная свекла, капуста).
В отличие от азота и фосфора калия больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных.
Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена веществ у растений: ослабляется деятельность ряда ферментов, нарушаются углеводный и белковый обмен, повышаются затраты углеводов на дыхание. В итоге продуктивность растений падает.
Внешне калийное голодание растений проявляется в первую очередь на листьях нижнего яруса: они преждевременно желтеют, начиная с краев; в дальнейшем края буреют, а затем отмирают и разрушаются, вследствие чего они выглядят, как обожженные. Это явление получило название «краевой ожог».
Источник