5.3. КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ

5.3.1. РОЛЬ КАЛИЯ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ

Калий наряду с азотом и фосфором относится к главным элементам питания растений. Он, безусловно, необходим всем растениям, животным и микроорганизмам. Попытки заменить калий близкими к нему элементами (натрием, литием, рубидием) оказались безрезультатными. Функция калия в растениях, как и других необходимых для них элементов, строго специфична.

Впервые предположение о необходимости калия растениям высказал Сосюр в 1804 г. на основании анализа золы растений, в которой всегда присутствовал калий. Затем Либих сделал заключение о необходимости применения калийных удобрений. Первые экспериментальные данные об абсолютной необходимости калия растениям были получены Сальм-Горстмаром в 1846 г.

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.

Около 80 % калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой (например, дождями), особенно из старых листьев. В дневное время суток, когда в растениях активно протекают все биохимические процессы, калий, сохраняя легкую подвижность, все же удерживается в клетках освещенного растения. Ночью, когда процессы фотосинтеза прекращаются, часть калия может выделяться через корни, чтобы потом, с появлением первого солнечного луча, вновь поглощаться растением.

Примерно 20 % калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы и до 1 % его необменно поглощается митохондриями.

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. В золе пыльцы кукурузы содержится до 35,5 % калия, а кальция, магния, серы и фосфора, вместе взятых, — лишь 24,7 %. Легкая подвижность калия в растениях обусловливает его реутилизацию путем перемещения из старых листьев в молодые. Поэтому его распределение в растениях характеризуется базипепталь-ным градиентом концентрации, то есть его содержание в листьях и частях стебля в пересчете на единицу сухого вещества возрастает снизу вверх.

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 (табл. 65).

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.

Способствуя накоплению углеводов в клетках растений, калий увеличивает осмотическое давление клеточного сока и тем самым повышает холодоустойчивость и морозостойкость растений.

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 (свободные аминокислоты). Улучшение калийного питания сопровождается повышением удельного веса белкового азота в растениях пшеницы. Усиливается также синтез амидов (аспарагина и глютамина). Положительное влияние калия на синтез белков связано, по-видимому, во-первых, с его влиянием на накопление и трансформацию углеводов (а последние, как известно, в процессе дыхания дают кетокислоты — материал для построения аминокислот) и, во-вторых, 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 как в течение вегетации, так и в послеуборочный период, значительно улучшает лежкость плодов и овощей.

Содержание калия в клетках растений существенно выше, чем других катионов. Внутриклеточная концентрация калия в растениях во много раз (в 100—1000) превышает его концентрацию в почвенном растворе.

Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления, как правило, 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).

Среднее содержание калия в основной и побочной продукции некоторых культур приведено в таблице 66.

В отличие от азота и фосфора калия больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных. Например, в соломе большинства злаков калия больше почти в 2 раза, а в стеблях кукурузы — в 5 раз, чем в зерне. Поэтому вынос К₂0 с нетоварной частью урожая, как правило, выше, чем с товарной (за исключением зернобобовых).

Калиелюбивые культуры — сахарная и кормовая свекла, картофель, овощи — потребляют этот элемент гораздо больше, чем зерновые и зернобобовые культуры, лен и многолетние травы. Также много калия потребляет подсолнечник. В соотношении N : Р: К у калиефилов преобладает калий (2,5—4,5 : 1 : 3,5—6), а у зерновых культур — азот (2,5—3 : 1 : 1,5—2,2).

Приведенные в таблице 66 данные о содержании К₂0 в растениях могут сильно изменяться по годам в зависимости от климатических условий, а также от особенностей агротехники, плодородия почв и др.

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, качество продукции снижается. У зерновых образуется щуплое зерно, снижаются всхожесть и жизнеспособность семян. Нередко из-за ухудшения прочности соломины хлеба полегают. Уменьшается содержание крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, пектиновых веществ в плодах и ягодах. Урожайность зерновых, плодовых и овощных культур падает, снижается содержание витаминов в продукции. При дефиците калия возрастает поражаемость растений различными болезнями.

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». Дефицит калия сказывается и на снижении тургора, листья вянут и поникают. Чаще всего недостаток калия проявляется в период интенсивного роста растений (в середине вегетации), когда его содержание в клетках растений снижается в 3—5 раз в сравнении с нормой.

Сильнее от недостатка калия страдают калиелюбивые культуры.

Чрезмерное калийное питание растений также негативно отражается на их росте и развитии. Проявляется оно в возникновении между жилками листьев бледных мозаичных пятен, которые со временем буреют, а затем листья опадают.

Таким образом, регулируя уровень калийного питания растений, можно в значительной мере влиять на их продуктивность и качество получаемой продукции.

5.3.2. КРУГОВОРОТ И БАЛАНС КАЛИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ

Калий — один из основных биогенных элементов. Его круговорот в биоценозах весьма интенсивен. Содержание калия в биомассе различных биоценозов колеблется от 20 (пустыня) до 2000 кг/га (дубравы).

Замкнутый цикл круговорота питательных веществ в естественных биоценозах и аккумулирующая деятельность растений приводят к перераспределению калия в пределах корнеобитаемого слоя почвы и постепенному обогащению этим элементом ее верхних горизонтов.

В агроценозах круговорот и баланс калия зависят в основном от хозяйственной деятельности землепользователей: обеспеченности удобрениями, специализации хозяйств и др.

Валовые запасы калия в почвах во много раз (в 5—50) выше, чем азота и фосфора. Этого нельзя не учитывать. Д. Н. Прянишников при оценке баланса калия в целом для страны считал допустимым его дефицит на уровне 20—22 кг/га в год.

Основной расходной статьей баланса калия является его вынос сельскохозяйственными культурами (табл. 67).

Как видно из таблицы, ежегодно с урожаем различных растений выносится от 40 до 310 кг/га калия. Эти показатели рассчитаны (в частности, для зерновых) на средние урожаи культур. С повышением продуктивности растений они, естественно, возрастут.

Необходимо также учитывать распределение выноса К₂0 между товарной и нетоварной частями продукции. Например, в зерне пшеницы содержится только до 15% калия от общего (хозяйственного) выноса, а в соломе — остальные 85 %. Чем меньше калия в товарной, отчуждаемой из хозяйства части урожая и больше в нетоварной, остающейся в поле или хозяйстве, а также в кормах (сено, кормовые корнеплоды и т. д.), используемых в данном хозяйстве, тем в меньшей мере калий исключается из внутрихозяйственного круговорота и тем лучше складывается баланс этого элемента в земледелии данного хозяйства. Таким образом, специализация хозяйства (животноводческого или зернового направления и т. д.) вносит существенные коррективы во внутрихозяйственный баланс калия.

Часть калия теряется из корнеобитаемого слоя почвы за счет инфильтрации: на легких почвах около 5 %, на тяжелых — около 2 % от внесенного количества удобрений. На интенсивность этого процесса оказывают влияние гранулометрический состав почвы и ее водный режим, дозы удобрений, особенности культур.

Часть калия почвы теряется в результате водной и ветровой эрозии. По усредненным данным, это составляет 4—8 кг/га. Обычно считается, что расходные статьи потерь калия от эрозии компенсируются поступлением его с семенами (около 2 кг/га) и осадками (2—6 кг/га).

Следует иметь в виду, что некоторая часть обменного калия может переходить в почве в фиксированное (необменно-погло-щенное) состояние и тем самым изыматься из доступного для растений фонда калия. Установлено также, что в снабжении растений калием принимают участие не только пахотные, но и подпахотные горизонты почв. Тем самым расход калия из пахотного слоя уменьшается. Например, в опытах на дерново-подзолистых почвах подсолнечник и люпин в среднем около 32 % калия от общего его выноса потребляли из подпахотных горизонтов.

Проблеме круговорота питательных веществ в земледелии большое внимание уделял Д. Н. Прянишников. Он считал, что развитие химической промышленности становится одной из важнейших материальных предпосылок регулирования круговорота веществ в земледелии, их обмена между человеком и землей. Развивая это положение, Д. Н. Прянишников отмечал, что если истощение почв в результате нарушения обмена веществ между человеком и землей нарушает «естественное условие постоянного плодородия почвы», то, с другой стороны, массовое применение удобрений, основанное на крупной химической промышленности, является одним из мощных факторов не только поддержания на постоянном уровне, но и дальнейшего повышения эффективного плодородия почвы.

Отсюда следует, что главным условием для поддержания оптимального баланса питательных веществ в почве, в том числе и калия, является компенсация расходной его части за счет применения органических и минеральных удобрений.

5.3.3. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ

Сырьем для производства калийных удобрений являются природные калийные соли, промышленные месторождения которых имеются в России, ФРГ, Франции, США, Канаде, Израиле, Италии, Польше, Англии и некоторых других странах. В ближнем зарубежье промышленные залежи калийных солей имеются на Украине, в Белоруссии и Казахстане.

Только небольшая часть из 120 калийсодержащих минералов и руд имеет промышленное значение для производства калийных удобрений. Минералы, используемые для производства калийных удобрений, приведены ниже:

Примерное содержание К₂0, %

15-25

17

19

23

23

23

16

6-7

Минерал

Сильвинит — tfNaCl + т КС1

Карналлит — КС1 • МgCU • 6Н,0

Каинит — КС1 • MgS0₄ • ЗН,0

Шенит - K₂S0₄ • MgS0₄ • 6Н₂0

Лангбейнит — K₂S0₄ • 2MgS0₄

Алунит — (К, Na)₂S0₄ • A1₂(S0₄)₃ • 4А1(ОН)₃

Полигалит — K₂S0₄ • MgS0₄ • 2CuS0₄ • 2Н₂0

Нефелин —(К, Na),0 • А1₂0₃ • 2SiO,

В России крупнейшее месторождение — Верхнекамское (более 12 млрд т) — расположено вблизи городов Соликамск и Березники на левом берегу р. Камы (западный склон Северного Урала). Месторождение было открыто в 1925 г., а производство удобрений начато в 1929 г. Калийные соли залегают здесь под толщей наносных пород. Верхняя часть пласта представлена карналлитом. Ниже залегает мощный пласт пестроокрашенного сильвинита, который является основным сырьем для получения хлористого калия на Соликамском и Березниковском комбинатах.

Сульфатные калийные удобрения получают из минералов каи-нитовых, лангбейнитовых и смешанных лангбейнито-каинитовых пород, а также из алунитов. Залежи полигалита, каинита и глазе-рита (3K₂S0₄ • Na₂S0₄) находятся в Саратовской, Оренбургской областях и в Башкирии (Заволжское месторождение).

5.3.4. ПРОИЗВОДСТВО КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ,

ИХ СОСТАВ И СВОЙСТВА

Промышленные калийные удобрения подразделяют на концентрированные (хлористый калий, сернокислый калий, хлористый калий — электролит, калийная соль, калимагнезия, калийномагниевый концентрат) и сырые (сильвинит и каинит).

Сырые калийные соли. Получают путем дробления и размола природных калийных солей. Обычно для этой цели используют более концентрированные пласты месторождений. Применять сырые калийные соли целесообразно лишь вблизи месторождений калийных руд, так как они имеют низкое содержание К₂0 и большое количество примесей. Они содержат много хлора, что также ограничивает их применение.

Из сырых калийных солей наиболее распространены сильвинит и каинит.

Сильвинит — яКС1 + mNaCl. Содержит 12—15 % К₂0 и 35—40 %

Na₂0. Выпускается в грубом помоле (размер кристаллов 1—5 мм и более). Розовато-бурый с включением синих кристаллов. При хранении во влажном помещении отсыревает, а при высыхании слеживается. Перевозят бестарным способом. Применяют под натриелюбивые культуры.

Каинит — КС1 • MgS0₄ • ЗН₂0 с примесью NaCl. Содержит 10 % К₂0, 6-7 % MgO, 32-35 % Cl, 22-25 % Na₂0, 15-17 % S0₄. Это крупные кристаллы розовато-бурого цвета. Влажность не более 5 %. Получают при размоле каинитовой или каинитово-лангбейнито-вой руды. Не слеживается, транспортируют навалом (насыпью).

Концентрированные калийные удобрения. Хлористый калий, хлорид калия — КС1. Это основное калийное удобрение. Его производство составляет 80—90 % от общего производства калийных удобрений. Получают хлорид калия в основном из сильвинита, который представляет собой смесь (агломерат) сильвина (КС1) и галита (NaCl), содержащую 12—15% К₂0. В химически чистом хлориде содержится 63,1 % К₂0. В зависимости от способа производства хлорид калия, поставляемый сельскому хозяйству, содержит от 57 до 60 % К₂0. Это мелкокристаллический порошок розового или белого цвета с сероватым оттенком.

Хлористый калий производят несколькими способами.

Первый способ — галургический. Отделение КС1 от NaCl основано здесь на разной растворимости обеих солей при соответствующих температурах. Растворимость КС1 при повышении температуры от 20 до 100 °С увеличивается почти вдвое, а растворимость NaCl почти не меняется. Это свойство солей и положено в основу данного способа производства хлорида калия.

Размолотый сильвинит растворяется при температуре около 100 °С в растворительном щелоке, представляющем собой насыщенный раствор NaCl. В щелоке будет растворяться только КС1 сильвинита, а NaCl остается нерастворенным и отделяется. При охлаждении такого раствора КС1 будет кристаллизоваться, а NaCl останется в растворе.

Полученный белый мелкокристаллический хлорид калия при хранении сильно слеживается.

Отход производства содержит до 95 % NaCl и служит материалом для получения соды, технической поваренной соли.

Второй способ — флотационный. Разделение минералов сильвина (КС1) и галита (NaCl) основано на различной способности поверхности частичек этих минералов к смачиванию водой. Предварительно измельченную руду взмучивают в водном растворе с добавлением жирных аминов или ал кил сульфатов в качестве реагента-собирателя (на 1 т руды 100—200 г реагента). Реагент адсорбируется только на поверхности зерен хлористого калия. Затем через пульпу пропускают воздух, распределяющийся в виде мелких пузырьков. Частички гидрофобизированного сильвина прилипают к пузырькам воздуха и выносятся на поверхность пульпы в виде пены. Пенный продукт является концентратом КС1, который обезвоживается на центрифуге и поступает на сушку. Частички зерен галита собираются на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие.

Флотационный хлорид калия имеет более крупные естественные кристаллы розового цвета. Гидрофобные добавки (жирные амины), используемые в процессе флотации, существенно уменьшают гигроскопичность и слеживаемость удобрения.

Этот способ производства хлористого калия получил в нашей стране наибольшее распространение.

С помощью флотационного и галургического способов в России производят, по существу, весь хлорид калия.

Существуют и другие способы получения КС1, например с помощью подземного выщелачивания руды (сальвинита) с последующей переработкой полученного раствора выпариванием и кристаллизацией.

40 %-ная калийная соль — КС1 + (mKCl + «NaCl). Содержит около 40 % К₂0, 20 % Na₂0 и 50 % С1. Получают путем механического смешивания хлорида калия с сырыми калийными солями — сильвинитом, а иногда и каинитом. Это смесь серых, белых и красноватых кристаллов мелкого и среднего размера. Хорошее удобрение для культур, отзывчивых на натрий (сахарная свекла, кормовые и столовые корнеплоды, а также томат, капуста, брюква, злаковые травы). Для культур, чувствительных к хлору, это удобрение менее пригодно, чем хлорид калия.

Смесь хлористого калия и каинита дает 30%-ную калийную соль. Это удобрение ценно для культур, потребляющих много магния, на песчаных и супесчаных почвах (бедных магнием).

Сульфат калия — K₂S0₄. Это высококонцентрированное бес-хлорное удобрение. Содержит 46—50 % К₂0. Мелкокристаллический порошок белого цвета с желтым оттенком, влажность 1,2 %. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью (без тары). Получают в процессе комплексной переработки полимине-ральных калийных руд (лангбейнита, шенита) конверсией (обменным разложением) хлоридом калия, а также как побочный продукт ряда химических производств.

По сравнению с хлорсодержащими калийными удобрениями K₂S0₄ обеспечивает достоверные прибавки урожая винограда, гречихи, табака и других хлорофобных культур. Это удобрение широко используют в овощеводстве, особенно в защищенном грунте. Наличие серы в удобрении положительно влияет на продуктивность крестоцветных, бобовых и некоторых других культур.

Однако себестоимость сульфата калия гораздо выше, чем всех других калийных удобрений.

Калимагнезия, сульфат калия-магния — K₂S0₄ • MgS0₄. Содержит 29 % К₂0 и 9 % MgO. Получают путем перекристаллизации из природных сульфатных солей, в основном из шенита. Поэтому это удобрение иногда называют шенитом. Белый сильнопылящий порошок с сероватым или розоватым оттенком либо серовато-розовые гранулы неправильной формы. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью. Используется в первую очередь под культуры, чувствительные к хлору или на легких почвах.

Калимаг, калийно-магнезиальный концентрат — K₂S0₄ • 2MgS0₄. Получают из сульфатных калий-магнийсодержащих минералов путем их обогащения. Содержит 18—20 % К₂0 и 8—9 % MgO. Выпускается в виде гранул серого цвета. Не слеживается, транспортируется насыпью. По эффективности приближается к калимагнезию

Хлоркалий электролит — КС1 с примесями NaCl и MgCl₂. Это побочный продукт при производстве магния из карналлита. Содержит 34—42 % К₂0, по 5 % MgO и Na₂0 и до 50 % С1. Сильнопылящий мелкокристаллический порошок с желтым оттенком. Не слеживается, его перевозят в бумажных мешках или насыпью. По эффективности приближается к хлористому калию; на бедных магнием почвах более эффективен, чем КС1.

Цементная пыль. Отход производства цемента, бесхлорное калийное удобрение. Содержит от 10—15 до 35 % К₂0. Калий содержится в виде карбонатов, бикарбонатов, сульфатов и в небольшом количестве силикатов. Имеются также гипс, оксид кальция, полуторные оксиды и некоторые микроэлементы. Калийные соли цементной пыли растворимы в воде и доступны растениям. Применяют в качестве основного удобрения, в первую очередь на кислых почвах и под хлорофобные культуры.

Печная зола. Местное калийно-фосфорно-известковое удобрение. Калий содержится в золе в виде поташа (К₂С0₃). Содержание К₂0 в золе существенно колеблется в зависимости от источника топлива. Например, зола лиственных пород содержит 10—14% К₂0, 7 % Р₂0₅, 36 % СаО, зола хвойных пород — 3—7 % К₂0, 2,0—

2,5 % Р₂0₅ и 25—30 % СаО. Молодые деревья при сжигании дают больше золы, в которой и содержание питательных элементов выше. Печная зола — достаточно эффективное удобрение для всех культур (особенно для хлорофобных) и для всех почв (в первую очередь для кислых).

5.3.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ С ПОЧВОЙ

Калийные удобрения хорошо растворимы в воде. При внесении в почву они растворяются в почвенном растворе, а затем вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом по типу обменного (физико-химического), а частично и необменного поглощения.

Обменное поглощение катионов калия почвой составляет небольшую часть от всей емкости поглощения. Реакция обменного

поглощения катионов калия почвой обратима: _с, К

(ППК) +2КС14=±(ППК) К +СаС1₂;

Са

Са

К

(ППК)^ + 4КС1 <=» (ППК)? + А1С1₃ + НС1.

К

В результате перехода калия в обменно-поглощенное состояние ограничивается его подвижность в почве и предотвращается вымывание за пределы пахотного слоя, за исключением легких почв с низкой емкостью поглощения. Обменно-поглощенный почвой калий удобрений хорошо доступен растениям.

Вторичные процессы взаимодействия почвенного раствора с почвенным поглощающим комплексом постепенно вытесняют из него катионы калия. Активное участие в таком обмене принимает и корневая система растений благодаря корневым выделениям.

Катионы калия, обменно поглощаясь почвой, вытесняют из ппк эквивалентное количество других катионов: кальция, магния, аммония, водорода, алюминия и т. д., в зависимости от типа почвы и состава поглощенных катионов. На слабокислых и нейтральных почвах с высокой емкостью поглощения и буферностью этот процесс мало отражается на реакции почвенного раствора, а следовательно, и на условиях роста растений.

На кислых и сильнокислых почвах (в особенности легкого гранулометрического состава), имеющих в составе ППК обменный водород и алюминий, при внесении калийных удобрений наблюдается заметное подкисление почвенного раствора. Поэтому на таких почвах эффективность калийных удобрений снижается.

Кроме того, дополнительное подкисление почвенного раствора происходит и за счет проявления физиологической кислотности калийных солей. Однако следует отметить, что физиологическая кислотность у калийных удобрений значительно меньше, чем у аммонийных, и проявляется она, как правило, только при длительном применении этих удобрений под калиелюбивые культуры, потребляющие большое количество калия.

Необменный (фиксированный) калий обладает значительно меньшей подвижностью, чем обменно-поглощенный. Переход его в раствор и доступность растениям значительно затруднены.

Необменное поглощение (фиксация) катионов, имеющих радиус 0,130—0,165 нм (К⁺, NH₄⁺, Rb⁺, Cs⁺), присуще глинистым минералам монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд, имеющих трехслойную разбухающую решетку. Поэтому размер необменного поглощения почвами калия в сильной степени зависит от их минералогического состава: чем больше в почвах минералов монт-мориллонитовой группы и гидрослюд, тем сильнее в них выражена фиксация калия.

Механизм фиксации действует следующим образом: катионы проникают в межпакетные пространства минералов, когда они имеют наибольшие размеры (в состоянии набухания), и занимают в сетке кислородных атомов тетраэдрических слоев гексагональные пустоты, притягивая к себе оба отрицательно заряженных кислородных слоя, в результате чего оказываются в замкнутом пространстве. Попеременное увлажнение и высушивание почвы (что часто бывает в полевых условиях) значительно усиливают процесс фиксации катионов. Фиксация калия наблюдается и во влажной почве, но в значительно меньшей мере.

Фиксация калия удобрений разными почвами в зависимости от их минералогического состава и дозы удобрений может составлять от 14 до 82 % от внесенного количества.

Опыты, проведенные в ВИУА, показали, что форма калийного удобрения практически не влияет на размер фиксации калия почвой. Заметное влияние на этот процесс оказывают размеры частиц удобрений. При внесении крупнокристаллических или гранулированных удобрений фиксация калия почвой снижалась на 20— 30 % из-за меньшего контакта удобрения с почвой.

Размер необменного поглощения калия зависит и от дозы вносимого удобрения. Абсолютное количество фиксированного калия при увеличении дозы калийных удобрений резко возрастает, хотя в процентном отношении к внесенной дозе наблюдается понижение фиксации. Потенциальная способность почвы фиксировать калий очень велика. В лабораторном опыте В. У. Пчелкина при очень высокой дозе калия (1000мг/100г почвы) слабовыще-лоченный чернозем фиксировал калия 147,3 мг/100 г, что эквивалентно 4420 кг/га почвы.

Взаимодействие между разными формами калия в почве можно представить в следующем виде: калий кристаллической решетки *=> фиксированный калий *=> обменный калий <=> водорастворимый калий.

При систематическом применении калийных удобрений и положительном балансе калия (т. е. при превышении внесенного калия удобрений над его выносом растениями) в почве повышается содержание как подвижных форм калия (водорастворимый и обменный), так и его фиксированных форм.

В условиях дефицита калийных удобрений (т. е. при отрицательном балансе калия) происходит обратный процесс. По мере расходования растениями доступных форм калия (водорастворимого и обменного) происходит постепенный переход фиксированного калия, а отчасти и калия кристаллической решетки в более подвижные формы. Например, в опыте на суглинистой почве (Англия) за 101 год растения вынесли с урожаями в 3—4 раза больше калия, чем его содержалось в почве в обменной форме. В наших опытах (Кобзаренко, 1998) растения на контрольных вариантах использовали из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы (Московская обл.) за 17 лет 583 кг/га калия, что в 2,9 раза превысило исходное содержание обменного калия в почве. Заметных изменений в содержании обменного калия в почве за учетный период не произошло. Эти и ряд других данных подтверждают возможность постепенного восполнения запасов обменного калия в почве за счет других его форм.

Многочисленные наблюдения указывают на слабую миграцию калия удобрений по почвенному профилю, за исключением песчаных и супесчаных почв. В лизиметрических опытах ежегодное вымывание калия за пределы корнеобитаемого слоя составило в Нечерноземной зоне на суглинистых почвах 0,4—7,0 кг/га, а на супесчаной почве — до 12 кг/га.

5.3.6. ПРИМЕНЕНИЕ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВАХ

В районах эффективного действия калийных удобрений они обеспечивают на каждый килограмм внесенного калия удобрений прибавку урожая: зерна 2—3 кг, картофеля 20—33, сахарной свеклы 35—40, льноволокна 1 — 1,5, сена сеяных трав 20—33 и сена луговых трав 8—18 кг.

Эффективность калийных удобрений зависит от почвенноклиматических условий и биологических особенностей возделываемых культур.

Географические закономерности влияния климата на эффективность удобрений уже рассматривались ранее (см. раздел 5.1.6). Главное здесь — уровень обеспеченности растений влагой и тепловыми ресурсами.

Что касается почвенных факторов, то здесь основным является обеспеченность почв доступным для растений калием (сумма водорастворимого и обменного калия).

В нашей стране более 1/3 площадей пашни имеют низкий и средний уровень содержания обменного калия и нуждаются во внесении калийных удобрений. Применение калийных удобрений наиболее эффективно на песчаных, супесчаных дерново-подзолистых, торфяно-болотных и пойменных почвах, а также на красноземах. Положительное действие на урожай растений оказывают калийные удобрения и в зоне достаточного увлажнения на суглинистых дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах (в случаях низкой и средней обеспеченности их калием).

Почвы степных и сухостепных районов, как правило, хорошо снабжены калием, а условия влагообеспеченности здесь весьма изменчивы. Поэтому на типичных, обыкновенных, южных черноземах, каштановых почвах и сероземах действие калийных удобрений в большинстве случаев слабое или совсем не проявляется. Применение калийных удобрений оправдано в этих условиях только под калиелюбивые культуры — сахарную свеклу, подсолнечник, овощные, а также на каштановых почвах и сероземах при орошении.

На солонцах, обычно богатых калием, калийные удобрения не применяют, так как они усиливают солонцеватость этих почв и не дают ожидаемого эффекта.

Калийные удобрения, как правило, оказывают положительное влияние на урожай растений при содержании в почве подвижного калия на уровне 1—3-го классов. При более высокой обеспеченности почв калием эффективность калийных удобрений снижается и определяется в основном составом культур севооборота, уровнем применяемых доз азотных и фосфорных удобрений и других агротехнических мероприятий.

Основные принципы оптимизации применения калийных удобрений следующие.

1. Применение калийных удобрений с учетом обеспеченности почв калием, гранулометрического состава почв, биологических особенностей сельскохозяйственных растений и форм калийных удобрений.

2. Повышение общего уровня культуры земледелия, окультуренности почв, соблюдение сбалансированного питания растений калием и другими питательными элементами (в первую очередь азотом и фосфором).

Эффективность калийных удобрений (как и фосфорных, и азотных) на слабокислых и нейтральных почвах заметно возрастает по сравнению с сильнокислыми почвами (табл. 68).

Поэтому известкование кислых почв — один из обязательных приемов повышения эффективности калийных удобрений. Однако из-за антагонизма ионов калия и кальция на произвесткованных почвах возникает потребность в повышении доз калийных удобрений.

Применение навоза, который сам является хорошим источником калия для растений, как правило, снижает действие минеральных калийных удобрений.

Наибольшая эффективность калийных удобрений достигается при оптимальном соотношении их с азотными и фосфорными. Одностороннее применение калийных удобрений возможно на осушенных торфяниках и торфяно-болотных почвах, обеспеченных другими элементами питания.

В ассортименте калийных удобрений преобладают хлорсодержащие формы. На почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава такие удобрения в полной дозе (за исключением небольшой дозы в рядки под некоторые культуры) целесообразно вносить осенью под зяблевую обработку. При этом удобрения размещают в более влажном слое почвы, где развивается основная масса корней, и они лучше усваиваются растениями, а хлор вымывается осенне-весенними осадками из пахотного слоя и не оказывает отрицательного действия на хлорофобные культуры. Только на легких, а также на торфяно-болотных и пойменных почвах калийные удобрения следует вносить весной. Под пропашные и овощные культуры в таких случаях часть общей дозы калия целесообразно давать в подкормку.

В севообороте калийные удобрения в первую очередь вносят под калиелюбивые культуры, которые дают при этом более заметные прибавки урожая.

Лен и конопля потребляют сравнительно немного калия, но их слабая корневая система не может в обычных условиях обеспечить эти растения достаточным количеством калия. Поэтому под эти культуры следует вносить повышенные дозы калийных удобрений.

Под хлорофобные культуры целесообразно применять удобрения с минимальным содержанием хлора. Опыты с картофелем показали, что применение хлорсодержащих калийных удобрений снижает количество крахмала на 7—15 % по сравнению с удобрениями, не содержащими хлор.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова роль калия в жизни растений? 2. Расскажите о круговороте и балансе калия в земледелии. 3. Где находятся основные месторождения калийных солей? Дайте характеристику калийных минералов, используемых для производства удобрений. 4. Каков ассортимент калийных удобрений? 5. Расскажите о сырых калийных солях. 6. Каковы свойства и особенности применения хлористого калия и 40%-ной калийной соли? 7. Расскажите о составе, свойствах и применении сульфата калия и калийно-магнезиальных солей. 8. В чем заключаются особенности взаимодействия калийных удобрений с почвой? 9. Каковы условия эффективного применения калийных удобрений на различных почвах?