钾素营养与钾肥

第八章植物的钾素营养与钾肥＋K－K主要内容要求植物的钾素营养掌握土壤中的钾素及其转化了解钾肥的种类、性质及其施用掌握钾肥的合理分配和施用掌握－1第一节植物的钾素营养一、植物体内钾的含量、形态与分布1.含量植物体内含钾(K2O)：为植株干重的0.3%~5%钾是植物体中含量最多的金属元素钾在细胞质中的浓度相对稳定，为100~200mmol·L-1(比硝酸根和磷酸根离子高几十倍至百余倍，比外界有效钾高几倍至几十倍)。过多的钾几乎全部转移到液泡中。植物组织含钾量变化对细胞质和液泡中钾浓度影响干物质含钾量（%）细胞质液泡012345K+浓度3002001000钾含量因作物种类和器官而异：淀粉作物、糖料作物、烟草、香蕉等含钾较多；禾谷类作物相对较低谷类：茎秆种子；薯类：块根、块茎较高－K＋K主要农作物不同部位中钾的含量(%)作物部位含K2O作物部位含K2O小麦籽粒0.61水稻籽粒0.30茎秆0.73茎秆0.90棉花籽粒0.90马铃薯叶片1.81茎秆1.10块根2.28玉米籽粒0.40糖用甜菜根2.13茎秆1.60块茎5.01谷子籽粒0.20烟草茎2.80茎秆1.30叶片4.102.形态离子态为主并不是以有机化合物的形态存在以水溶性无机盐存在细胞中以钾离子态吸附在原生质膜表面3.分布钾在植物体内具有较大的移动性，随植物生长中心转移而转移，即再利用率高。主要分布在代谢最活跃的器官和组织中，如幼芽、幼叶、根尖等。二、钾的营养功能(一)促进酶的活化在生物体内，钾作为60多种酶（包括合成酶类、氧化还原酶类、转移酶类）的活化剂，能促进多种代谢反应。原因：1.全酶酶蛋白＋辅酶－K+＋K+2.K+易进入酶的活化部位活化离子与非活化离子对酶变构作用的影响20阳离子浓度(mM)0.2K+4050301000.40.60.81.01.21.41.60Na+Li+Rb+Cs+NH+4酶活性(μmolADPmg蛋白-1h-1)1.8一价阳离子对玉米中淀粉合成酶的影响(二)促进光能的利用，增强光合作用1.保持叶绿体内类囊体膜的正常结构2.促进类囊体膜上质子梯度的形成和光合磷酸化作用3.使NADP+NADPH，促进CO2同化4.影响气孔开闭，调节CO2透入叶片和水分蒸腾的速率叶绿体在光下形成H+梯度和阳离子流钾对叶绿体中ATP合成的影响作物蚕豆菠菜向日葵干物质中K2O(%)＋K3.70－K1.00＋K5.53＋K1.14＋K4.70－K1.60ATP的数量(µmol/h/g叶绿素)21614329518510268(三)改善能量代谢(四)促进糖代谢1.促进碳水化合物的合成钾不足时，植株内糖、淀粉水解为单糖；钾充足时，活化了淀粉合成酶，单糖向合成蔗糖、淀粉方向进行。钾能促使糖类向聚合方向进行，对纤维的合成有利。所以钾肥对棉、麻等纤维类作物有重要的作用。2.促进光合产物的运输钾能促进光合产物向贮藏器官的运输，使各组织生长发育良好。3.协调“源”与“库”的相互关系钾对甘蔗中14C光合产物运输的影响标记叶的叶片54.395.4标记叶的叶鞘14.33.9标记叶的节9.70.6标记叶上部的叶和节1.90.1标记叶节以下的茎20.10.0414C涂抹部位占总标记物的％有钾无钾(Hartt,1970)*总标记物为100％钾对14C的同化以及对同化产物在番茄各器官中分配率的影响-───────────────────────低钾高钾2.2％4.1％───────────────────────每株每分钟脉冲数(cpm)12.3×10-711.1×10-7每克鲜重每分钟脉冲数(cpm)1.1×10-51.2×10-5标记同化物叶片52.749.6在器官中的果实6.015.2分配率茎37.732.6（％）根3.72.6───────────────────────叶片干物质中含钾量(Mengel&Vine,1977)(五)促进氮素吸收和蛋白质的合成1.提高作物对氮的吸收和利用表现：促进NO3-的还原和运输供钾充足，能促进硝酸还原酶的诱导合成，并能增强其活性，有利于硝酸盐的还原；钾能加快NO3-由木质部向叶片的运输，减少NO3-在根系中还原的比例。钾离子穿梭运输硝酸根离子和苹果酸根离子的模式图地上部2.促进蛋白质和核蛋白的形成蛋白质和核蛋白的合成需要Mg2+、K+作为活化剂。核酸的形成首先是核苷酸的合成，它是由5－磷酸核糖合成腺苷一磷酸(AMP)和鸟苷一磷酸(GMP)，这个过程的有关酶需要钾离子激活；氨基酸活化后，由转移核糖核酸(tRNA)将活化的氨基酸带到核糖体的信使核糖核酸(mRNA)，然后合成多肽，这一过程需要Mg2+、K+。供钾对大豆生长、根瘤和固氮活性的影响───────────────────────处理地上部重量单株根瘤数单株根瘤重固氮酶活性*(g/株)(g)(g)───────────────────────－K9.0554.73.086.9＋K12.5060.83.9109.9───────────────────────*单位为μmolC2H2/g根瘤/h(Gomes,1986)3.促进豆科根瘤菌的固氮作用(六)促进植物经济用水1.参与细胞渗透调节作用，促进根系对水分的吸收钾离子以高浓度累积在细胞中，因此，细胞壁渗透压增大，水分便从低浓度的土壤溶液中向高浓度的根细胞中移动，直至渗透压和膨压达到平衡为止。膨压是细胞扩张的动力，它从细胞内为细胞壁的延伸或细胞分裂提供必需的压力。资料：低量K+处理的作物生长速度、细胞大小和组织的含水量都有所减少。幼嫩组织的膨压是反映K+营养状况最敏感的参数。所以钾充足时，作物能更有效地利用土壤水分，并有较大的能力使水分保持在体内，减少水分的蒸腾。气孔张、闭时，蚕豆叶片表皮组织保卫细胞内各种离子的浓度张开424223512关闭200192气孔状态K+Cl-渗透压气孔孔径(×10-14mol)(bar)(µm)2.调控气孔运动钾通过影响气孔的开闭来调节水分蒸腾和二氧化碳进入叶片的过程(七)促进有机酸的代谢钾参与植物体内氮的代谢，木质部运输中钾离子是硝酸根离子的主要陪伴离子。当硝酸根离子被还原为氨后，钾与苹果酸根结合为苹果酸钾，并可重新转移到根部。钾离子穿梭运输硝酸根离子和苹果酸根离子的模式图地上部(八)增强作物的抗逆性钾有多方面的抗逆功能，它能增强作物的抗旱、抗高温、抗寒、抗病、抗盐、抗倒伏等的能力，从而提高其抵御外界恶劣环境的忍耐能力。这对作物稳产、高产有明显作用。－K＋K1.抗旱性★增加钾离子的浓度，提高细胞的渗透势★提高胶体对水的束缚能力,使细胞膜保持稳定的透性★气孔的开闭随植物的生理需要而调节自如★促进根系生长，提高根冠比，增强作物吸水能力2.抗高温★保持较高的水势和膨压，保证植物的正常代谢★促进植物的光合作用，加速蛋白质和淀粉的合成★调节气孔和渗透，提高作物对高温的忍耐能力3.抗寒性★钾能促进植物形成强健的根系和粗壮的木质部导管★提高细胞和组织中淀粉、糖分、可溶性蛋白和各种阳离子的含量。因此能提高细胞的渗透势，增强抗旱能力，并能使冰点下降，减少霜冻危害，提高抗旱性★充足的钾还有利于降低呼吸速率和水分损失，保护细胞膜的水化层，增强植物对低温的抗性。4.抗盐害★钾能稳定质膜中蛋白质分子上的-SH基，避免蛋白质变性；★防止类脂中的不饱和脂肪酸被氧化。5.抗病虫害★植物体内可溶性氨基酸和单糖积累少，减少了病原菌的营养来源；★使细胞壁增厚，表皮细胞硅质化程度增加，因而抗病菌侵入的能力也相应增强；★钾充足使体内酚类的合成增加，抗病力提高6.抗倒伏促进作物茎秆维管束的发育，使茎壁增厚，髓腔变小，机械组崐织内细胞排列整齐。7.抗早衰延长籽粒灌浆时间，增加千粒重；本章复习题：1.钾素通常被称为作物的()(A.有益元素；B.品质元素；C.生命元素)。它在植物体内的形态与氮和磷()(A.一样；B.相似；C.不同)，主要以()(A.有机态；B.离子态；C.螯合态)为主。2.钾对植物具有多方面的营养作用，如能、、、，并能增强植物抵抗、、、、等功能。3.缺钾时，水稻根系呈现颜色。因此，在淹水条件下增施钾肥，可提高水稻根系的，防止还原性物质的危害。4.土壤中钾的形态，以其对作物有效性来分，可以分为，、和。施钾对玉米产量及茎腐病发病率影响──────────────────────施K2O量籽粒产量茎腐病发病率(kg/hm2)(t/hm2)(%)──────────────────────04.48353006.91196008.738──────────────────────钾对冬小麦产量构成因素的影响从开花到成熟的天数每盆穗数每穗粒数千粒重（g）每盆产量（g）施钾量（mgK/Kg）项目06012046687558.865.261.336.337.642.617.433.034.437.281.089.98.减轻水稻受还原性物质的危害钾能改善水稻“乙醇酸代谢途径”，提高根系氧化力，使根际Eh升高，防止H2S、过量Fe2+、Mn2+和有机酸等物质的危害。三、植物对钾(K＋)的吸收和运输(一)吸收1.主动吸收占主导地位,具有自动调节功能2.被动吸收外界K＋浓度过高时，吸收曲线呈“二重图型”K+浓度钾的吸收速率主动吸收被动吸收0.100.2010.020.0大麦在不同浓度的KCl溶液中吸收K+的速率(二)影响植物吸收钾的因素1.土壤供钾状况矿物态钾缓效性钾交换性钾水溶性钾2.植物种类需钾循序：向日葵、荞麦、甜菜、玉米油菜、豆科作物禾谷类作物、禾本科牧草3.介质的离子组成如：钙促进钾的吸收铵抑制钾的吸收4.土壤水气条件如果水分不足会使K+的活度下降，降低了K+的扩散；水分过多使通气不良，作物吸钾能力受到抑制(速效性钾)PEPK+苹果酸丙酮酸K+NONOKHCOCO+K+NH地上部根部苹果酸钾韧皮部苹果酸钾木质部KNONO植物体内钾的循环模式通过木质部和韧皮部向上运输，也可由韧皮部向下运至根部。(三)运输四、钾对作物产量和品质的影响钾充足，不但能使作物产量增加，而且可以改善作物品质。钾对作物品质影响的例子：1.油料作物的含油量增加2.纤维作物的纤维长度和强度改善3.淀粉作物的淀粉含量增加4.糖料作物的含糖量增加5.果树的含糖量、维C和糖酸比提高，果实风味增加6.橡胶单株干胶产量增加，乳胶早凝率降低钾通常被称为“品质元素”施钾对大麦品质的影响────────────────────处理胱氨酸蛋氨酸酪氨酸色氨酸淀粉可溶性糖(％)(％)(％)(％)(％)(％)────────────────────NP0.180.140.360.1244.99.36NPK0.200.200.420.1446.510.40────────────────────植物缺钾的常见症状：通常茎叶柔软，叶片细长、下披；老叶叶尖和叶缘发黄，进而变褐，逐渐枯萎；在叶片上往往出现褐色斑点，甚至成为斑块，严重缺钾时幼叶也会出现同样的症状；根系生长停滞，活力差，易发生根腐病五、作物的钾素营养失调症状水培小白菜－K1/2K1K小白菜水培试验＋K－K生菜缺钾叶片缺钾的症状－SOP＋SOP钾素对薯类作物的影响番茄葡萄钾素对植物果实的影响•禾谷类作物缺钾时，先在下部叶片上出现褐色斑点，严重缺钾时新叶也会出现这样的症状，然后枯黄，症状由下至上发展。水稻缺钾易出现胡麻叶斑病的症状，发病植株新叶抽出困难，抽穗不齐。根量少，呈黑褐色。•玉米缺钾时，所形成的果穗尖端呈空粒，如能够形成籽粒也不充实，淀粉含量低。六、植物钾素营养的诊断指标：因土壤和作物而异(略)玉米生长期间对钾素的吸收比例第二节土壤中钾的形态和转化•地壳中钾的含量(平均)约为2.3%，大部分土壤含钾量为0.5%~2.5%，平均为1.2%。红壤、砖红壤等风化强烈，是含钾量最低的土壤种类。一、土壤中的钾素含量和形态(一)含量•我国地域性分布规律：由北向南、由西向东渐减，西北南东渐减渐增东南地区土壤多缺钾。分为矿物态钾、缓效态钾以及速效态钾(水溶性钾和交换性钾)。1.矿物态钾占全钾量的90%~98%，存在于微斜长石、正斜长石和白云母中，以原