10.3 Оценка обеспеченности почв калием и определение потребности полевых культур в калии Основные теоретические положения

Калий – один из главных и незаменимых питательных элементов растений. Его содержание в растениях значительно больше, чем других питательных веществ, извлекаемых из почвы, за исключением азота. Только при достаточном его содержании в растительных клетках могут осуществляться биохимические и физиологические процессы.

Оптимальная обеспеченность калием обусловливает интенсивное накопление углеводов в растении. Повышается качество продукции: в плодах и овощах повышается содержание сахара, в картофеле – крахмала, у льна – тонина и прочность волокна. Одновременно усиливается стойкость культур к заморозкам, поскольку повышение осмотического давления клеточного сока понижает температуру его замерзания. Оптимизация калийного питания растений противодействует их заболеванию. В значительной степени снижается поражаемость зерновых культур корневыми гнилями, мучнистой росой (Прокошев, Дерюгина, 2000). С увеличением содержания калия в растительной клетке снижается поражаемость моркови бактериальной пятнистостью листьев, лука – пероноспорозом и луковой мухой (Якименко, 2003). Роль калия усиливается при аммиачном питании растений - лучше усваивается азот, больше образуется белков.

Валовое содержание калия в почвах выше, чем азота и фосфора. Оно определяется, прежде всего, минералогическим и гранулометрическим составом почвы. Объясняется это тем, что большая часть почвенного калия входит в состав полевых шпатов, слюд и различных глинистых минералов (иллит, монтмориллонит, вермикулит). Полевые шпаты (ортоклаз, роговая обманка, микроклин) распространены весьма широко – на них приходится 60% минералогического состава поверхностного слоя земной коры. В их составе 10-12% занимает оксид калия. Большое распространение имеют калийные слюды - мусковит, биотит, флогопит. Мусковит содержит в среднем 10%, а биотит 8% оксида калия. В результате выветривания и биохимического разрушения полевых шпатов и слюд образуются гидрослюды (вторичные минералы). Они входят в состав преимущественно дисперсных фракций почвы. Поэтому, содержание калия в почвах зависит от их гранулометрического состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава могут фиксировать значительно больше калия, чем легкие. Помимо минералогического и гранулометрического составов на поглотительную способность почвы в отношении калия значительное влияние оказывают ее влажность, содержание гумуса, реакция среды, биологическая активность, а также дозы и формы минеральных удобрений. В почве калия много в составе живого и мертвого органического вещества, поэтому на содержание калия в почве оказывает влияние степень гумусированности. Меньше всего калия содержится в торфяниках и песчаных почвах, в легких подзолистых и дерново-подзолистых почвах.

В почвах различают три формы соединений калия – водорастворимый, обменный и необменный, входящий в состав силикатов. Растения могут усваивать не только водорастворимый и обменный калий, но частично и необменный (на тяжелых почвах в большей степени, чем на легких). Запасы подвижного калия пополняются в результате выветривания минералов. С другой стороны, обменный калий в почве может переходить в необменные формы.

Для правильного суждения об обеспеченности почв подвижным калием и его доступности растениям необходимо знать не только его содержание, но и степень подвижности. При одном и том же количестве обменного калия степень его подвижности в легких почвах выше, чем в тяжелых. Источником накопления обменного калия по мере его использования служит необменный калий. В легких дерново-подзолистых почвах значительно меньше необменного калия по сравнению с тяжелыми. Наибольшим его количеством обладают пойменные почвы.

Калийное состояние почв связано со способностью катионов переходить из одной формы в другую. Эти превращения заключаются в возможности ионов калия занимать различные по прочности связи с почвой позиции, и относится к двум противоположно направленным, обратимым процессам – фиксации (адсорбции) и мобилизации и (десорбции). Под фиксацией калия понимают переход катионов, находящихся в почвенном растворе или в обменном состоянии в необменную (прочносвязанную) форму (рис. 22).

Рисунок 22 - Формы калия в почве и их трансформация (Krauss, 1998)

Поэтому, фиксацию калия можно рассматривать как процесс, ответственный за его накопление и сохранение. Десорбционная способность контролирует механизм удаления-потребления почвенного калия. Представляет процесс перехода катионов из обменно-поглощенного или необменного состояния в почвенный раствор.

Характер калийного режима в почвах определяется особенностями почвенного поглощающего комплекса почв и их гидротермическим режимом – чередованием периодов увлажнения-иссушения и промерзания-оттаивания. Основным источником удовлетворения потребности растений в калийном питании является обменный калий. На водно-растворимый калий приходится в среднем 10-20 % от обменного калия.

Водно-растворимый калий наиболее подвижен и доступен растениям. Представлен легкорастворимыми его солями, находящимися в почвенном растворе. Его количество в зависимости от внешних условий постоянно меняется и составляет 1/5- 1/10 часть от обменного калия (1-7 мг/кг почвы). Эта форма калия пополняется за счет гидролиза калийсодержащих минералов, разрушения их корневыми выделениями и продуктами жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, но главным образом за счет вытеснения обменного калия. Растения могут усваивать до 50-70% водно-растворимого и обменного калия.

Обменный, или поглощенный калий составляет 0,8-1,5%. Представлен катионами калия в почвенном поглощающем комплексе. Вместе с водо-растворимым калием это основной источник калийного питания растений. Но растения могут усваивать только какую-то часть всего запаса обменного калия, наиболее подвижную. Она вытесняется в почвенный раствор другими катионами, находящимися на поверхности корневых волосков растений.

Резервом постоянного возобновления доступных для растений форм калия являются необменные формы. Фиксация калия в необменном состоянии характерна для почв, богатых глинистыми минералами со сложной, трехслойной кристаллической решеткой. Этот калий внедряется в межпакетное пространство кристаллической решетки. Фиксация калия, при которой он вовлекается внутрь кристаллической решетки, усиливается при попеременном увлажнении и высыхании почвы, значительном содержании органического вещества почвы и щелочной реакции почвенного раствора. Фиксация калия возрастает при высушивании почвы. Иногда фиксированный калий удерживается так прочно, что становится недоступным для растений. По данным С.М. Горбачевой (1977), в Красноярском крае необменная фиксация калия приводит к потере на черноземных, лугово-черноземных и серых лесных почвах до 60%, на серых лесных почвах – 25% элемента.

К резерву относится также калий органического вещества. Эта форма представляет собой ту часть, которая входит непосредственно в состав гумуса, внесенных органических удобрений, растительных остатков, а также микробных тел. Этот калий становится доступным растениям лишь после отмирания микробных тел и минерализации источников органического вещества. Количество его невелико – около 70 в дерново-подзолистых и серых лесных почвах и чуть более 300 кг/га в черноземах. Всего в потенциальном резерве сосредоточено 50-80 % от общего запаса калия. Он представлен в механических элементах крупнее 0,001 мм. В их состав входят полевые шпаты и слюды.

Таким образом, наиболее доступен растениям калий илистой фракции, в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии. Именно в этой фракции высокое содержание слюдистых минералов. Вынос этого элемента с урожаем в интенсивных агроценозах может составлять 110 – 120 кг/га за счет почвенных запасов и 300 кг/га – при внесении калийных удобрений. Вынос калия капустой достигает 500 кг/га, томатом - 220, морковью и картофелем - 300, ячменем - 400, пшеницей - 200 кг/га. Д.Н. Прянишников считал, что выносимое с урожаем количество калия должно быть компенсировано удобрениями не менее чем на 70-80%. Удельный вынос калия в целом увеличивается с повышением уровня калийного питания, но в значительной степени зависит от биологических особенностей выращиваемых культур. У культур с высоким потреблением калия его вынос возрастает по мере повышения доз удобрений. Растения с относительно низкой потребностью в калии склонны накапливать этот элемент в биомассе без соответствующего повышения продуктивности. В общем выносе калия на долю основной продукции приходится (в %): капуста и томат - 70, морковь - 75, картофель - 80, пшеница и ячмень – 15.

Определение обменно-поглощенного калия проводится в тех же вытяжках, что и фосфор: по методу Чирикова и по методу Кирсанова. Методы основаны на вытеснении калия из почвенного поглощающего комплекса, каким – либо катионом, например Н⁺. в карбонатных почвах определение обменного калия проводится в 1% углеаммиачной вытяжке по Мачигину.

Таблица 50. Обеспеченность почвы обменным калием оценивается по местным градациям

Требовательность культур к калийному питанию в различные периоды их роста и развития неодинаковая. Уровень калийного питания определяется динамикой и интенсивностью потребления элемента в течение вегетации. Интенсивное потребление калия пшеницей приходится на периоды кущения-трубкования и колошения-цветения. Примерно за 30 дней яровая пшеница усваивает из почвы все количество калия, которое необходимо на весь жизненный цикл. Наивысшая концентрация калия отмечается в фазу кущения 3,5-4%, относительный минимум приходится на период созревания.

По этим показателям сельскохозяйственные растения подразделяются на 2 группы:

а) высокотребовательные к уровню калийного питания и отзывчивые на высокие дозы калийных удобрений – картофель, сахарная свекла, ячмень, подсолнечник, гречиха, просо, капуста, морковь, огурец, баклажаны, петрушка, сельдерей.

б) культуры с нормальной потребностью в калии, положительно отзывающиеся на последействие калийных удобрений, внесенных в высоких дозах под предшественник.