第十一章 植物的钾素营养与钾肥施用

第十一章钾素营养与钾肥施用钾不仅是植物生长发育所必需的营养元素，而且是肥料三要素之一。许多植物需钾量都很大，就矿质营养元素而言,它在植物体内的含量仅次于氮。农业生产实践证明，施用钾肥对提高作物产量和改进品质均有明显的作用。近二十年来，在中国的南北方，都有缺钾现象出现。因此，钾营养也引起了人们的重视。钾主要内容要求植物的钾素营养了解(掌握钾素的失调症状及其原因)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施用掌握第一节植物的钾素营养一、植物体内钾的质量分数、形态与分布1.质量分数植物体内钾含量(K2O)一般为植株干重的l％~5％，是植物体中含量最多的金属元素。钾在体内的浓度比NO3--N、磷酸离子高几十倍至百余倍，比外界钾离子高几倍至几十倍。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马铃薯块茎2.28茎秆1.10叶片1.81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烟草叶片4.10茎秆1.30茎2.80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30020010002.形态钾在植物体内以离子形态、水溶性盐类或吸附在原生质表面等方式存在，而不是以有机化合物的形态存在。3.分布钾在植物体内具有较大的移动性，主要分布在代谢最活跃的器官和组织中。二、钾的营养功能(一)作为许多酶的活化剂生物体内钾能作为60多种酶的活化剂，所以钾能促进多种代谢反应。活化离子与非活化离子对酶变构作用的影响(二)促进光合作用钾能提高植物光合磷酸化作用，使单位重量叶绿体产生的ATP增加。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（%）3.701.005.531.144.701.60ATP的数量（µmol/h/g.叶绿素）21614329518510268钾能促进光合作用，提高CO2的同化率。钾对光合作用的影响是：⑴钾能促进叶绿素的合成；⑵钾能改善叶绿体的结构；⑶钾能促进叶片对CO2的同化。钾的营养功能钾与光合作用K钾能促进光合作用产物向贮藏器官中的运输，增加“库”的贮存。对于没有光合作用功能的器官来说，它们的生长及养分的贮存，主要靠同化产物从地上部向根或果实中的运转。这一过程包括蔗糖由叶肉细胞扩散到组织细胞内，然后被泵入韧皮部，并在韧皮部筛管中运输。钾在此运输过程中有重要作用。Giaquinta曾用韧皮部负载的模式解释这一现象。钾的营养功能钾能促进光合作用产物的运输(三)促进糖代谢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。钾还能促进光合产物向贮藏器官的运输，这不仅能消除光合产物在叶部累积而抑制光合作用的继续进行，还能使各组织生长发育良好。(四)促进氮素吸收和蛋白质的合成促进氮素吸收钾能大大提高作物对氮的吸收利用，并很快变为蛋白质。钾充足，进入体内的氮较多，形成的蛋白质较多；如果钾不足，体内蛋白质合成受到影响，而且原来的蛋白质产生分解，使非蛋白质氮相对增多，同时影响对氨的利用，造成氨的累积，易产生氨毒。•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/hr(五)钾能促进植物经济用水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。钾能调节气孔的运动，有利于作物经济用水。作物的气孔运动与渗透压、压力势有密切关系。钾的营养功能钾与气孔运动气孔张、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KCl-渗透压气孔孔径(10-14mol)bar*(µm)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在白天，通过光合磷酸化在保卫细胞中产生ATP，K+活化ATPase，促使能量释放，促进包括K+在内的养分的吸收，钾会在保卫细胞中以较高浓度积累起来，平衡积累K+的主要阴离子电荷是苹果酸。由于渗透压增高，促使保卫细胞从周围吸收更多的水分，随之膨压增加，使气孔开放，从而有利于二氧化碳的进入，提高光合作用的效率。（六）增强植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。钾的营养功能抗盐类：稳定质膜中蛋白质分子上的S-H基，避免蛋白质变性；防止类脂中的不饱和脂肪酸被氧化；抗病性：增厚细胞壁提高细胞木质化程度；促进植物体内低分子化合物转变为高分子化合物；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。抗早衰：延长籽粒灌浆时间，增加千粒重；增强植物的抗逆性抗旱性：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；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；增强植物的抗逆性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/ha)(t/ha)(％)──────────────────────04.48353006.91196008.738──────────────────────钾还能减轻过量Fe2+、Mn2+和硫化氢等还原物质的危害。钾能增强作物的抗病能力原因有：1、供钾充足时，植物内可溶性氨基酸和单糖在体内积累得很少，减少了病原菌的营养来源；2、钾供应充足时，可使细胞壁增厚，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；3、钾水平高时体内酚类的合成增加，因为植物抗病能力与体内酚化合物的生物合成量成正相关。因此，钾充足可以提高抗病力。三、植物对钾(K＋)的吸收（一）主动吸收占主导地位具有自动调节功能（二）被动吸收外界K＋浓度过高时，吸收曲线呈“二重图型”钾离子浓度钾的吸收速率主动吸收被动吸收四、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，如：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(％)(％)(％)(％)(％)(％)-─────────────────────NP0.180.140.360.12144.99.36NPK0.200.200.420.13546.510.40──────────────────────缺钾时，通常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，但叶中部靠近叶脉附近仍保持原来的绿色。严重缺钾时幼叶也会出现同样的症状。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。五、钾营养失调的症状棉花缺钾时，苗期和蕾期主茎中部叶片首先出现叶肉缺绿，进而转为淡黄色，叶表皮组织失水皱缩，叶面拱起，叶缘下卷花铃期在主茎中上部叶的叶肉呈黄色或黄白色花纹，继而呈红色，有人称之为黄叶茎枯病或红叶茎枯病。严重时叶片焦枯脱落。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。KK自左至右，依次为油菜幼叶至老叶，缺磷油菜叶片从暗紫发展至紫红色。KKK图为缺钾的番茄叶片，其症状是叶缘和叶脉间黄化，叶脉仍保持绿色。缺钾KKKKKKKKK钾利于果实着色KKK缺钾易发生筋腐病，着色差KKKK图为缺钾的大豆叶片，其症状是叶缘和叶脉间黄化，叶脉仍保持绿色缺钾的大豆籽粒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。我国地域性分布规律：由北向南，由西向东渐减，东南地区土壤多缺钾。一、土壤中的钾素含量和形态（一）含量土壤中钾的含量和形态土壤中钾的含量土壤钾主要来源于矿物风化(K)1～3%分为矿物态钾、缓效态钾以及速效性钾(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，以原生矿物形态分布在土壤粗粒部分。（二）形态2.缓效态钾占全钾量的2%～8%。主要存在与晶层固定态钾和次生矿物如水云母等以及部分黑云母中的钾。有些次生粘土矿物晶层(主要为2:1型粘土矿物)吸水膨胀，使半径与晶格孔隙半径相当的K+进入晶格的孔中，而当失水以后晶层收缩，落入孔穴中的K+较难回复到自由状态，这种现象称为钾的晶格固定作用。它难以与其它离子产生离子交换，所以是非交换性钾。3.速效性钾（植物可利用的钾）占全钾的0.l%～2%，其中交换性钾占90%，水溶性钾占l0%左右。二、土壤中钾素的转化矿物态钾缓效态钾交换性钾水溶性钾有机体中的钾风化风化解吸晶格固定吸附固定分解生物固定分解流失各种形态的钾所占比例土壤中钾的转化钾的晶格固定：水溶性钾或交换性钾进入粘土矿物晶层而被固定成为无效钾的过程Pei钾的晶格固定KAl-O八面体Si-O四面体Si-O四面体影响钾固定的因素粘土矿物种类：2:1型的蛭石伊利石蒙托石，1:1型的高岭石几乎不固定钾土壤水分：干湿交替会促进钾的固定，干旱则固定的钾增多pH值：中性和石灰性土壤比酸性土壤固定的钾要多NH4+的多少：NH4+与K+离子竞争结合位置世界钾矿资源天然钾盐矿，一是古代海湾经地壳变动成为陆地湖泊，海水蒸发后盐类结晶而成；二是陆地盐湖蒸发后盐类结晶而成。钾矿贮量最大的国家是俄罗斯和加拿大，分别为240亿吨和180亿吨。德国贮量为60亿吨。我国钾矿贮量仅为1亿吨。K第三节钾肥的种类、性质及施用一、氯化钾(KCl)(一)成分和性质：含K2O60%左右，呈白色或淡黄色或紫红色结晶，是溶于水的速效性钾肥，是一种生理酸性肥料。(二)在土壤中的转化在土壤溶液中钾呈离子状态，与土壤胶体产生离子交换：酸性土壤中，K+与胶体上的H+、Al3+产生离子交换，使H+浓度升高，再加上生理酸性的影响，使pH值迅速下降，而且大量Al3+存在易产生铝毒，所以应配施石灰和有机肥。中性土壤中，K+与胶体上的Ca2＋产生代换作用，形成CaCl2，因为CaCl2溶解度大，易引起Ca的淋失，如长期使用，会使土壤板结。由于KCl的生理酸性，会使土壤变酸，所以要配施石灰，防止酸化。石灰性土壤有大量CaCO3，可以中和酸性，不致变酸。氯化钾的性质氯化钾(KCl)含K2O50～60％，纯品为白色结晶，含