土壤学与植物营养-第五讲-植物的钾素营养与钾肥

K,K,第五讲植物的钾素营养与钾肥,主要内容要求土壤中的钾素及其转化了解植物的钾素营养掌握钾肥的种类、性质及其施用掌握钾肥的合理分配和施用掌握,第一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，东南地区土壤多缺钾,0.5-46.5g/kg之间。分布规律：风化强的土壤含钾低于风化弱的土壤，砂性土壤低于粘性土壤,中国农区土壤钾素状况,分为矿物态钾、缓效态钾以及速效态钾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.缓效态钾约占全钾量的2%，最高可达6%。主要为晶层固定态钾和存在于次生矿物如水云母和以及部分黑云母中。,3.速效性钾占全钾的l%2%，其中交换性钾约占90%，水溶性钾约占l0%,速效性钾是植物可以利用的形态,二、土壤中钾素的转化,矿物态钾缓效态钾交换性钾有机体中的钾水溶性钾,风化,风化,分解,生物固定,生物固定,解吸,晶格固定,吸附固定,1、土壤中钾的释放（1）矿物态钾的转化土壤钾主要来源于原生矿物的分解释放。主要有扩散和分解两种机制，在酸性条件下主要以分解为主，在中性条件下以扩散为主。,云母风化为粘土矿物的过程,（2）非交换性钾的释放土壤速效钾的含量少，次生矿物内层的非交换性钾在钾的供应中起主要作用。土壤非交换性钾的释放受矿物结构特征、颗粒大小、水分含量土壤溶液离子浓度、根际pH等影响。（3）土壤钾的解吸吸附在土壤表面的钾，在土壤溶液中钾浓度减少或其它阳离子浓度增加时，转移到土壤溶液的过程。交换作用的强度受交换性钾的吸附位置、粘粒矿物种类、陪伴离子及钾饱和度等影响。,2、土壤中钾的固定,影响钾固定的因素：土壤矿物类型：蛭石、水化云母强，蒙脱石固定小土壤水分状况：水分多有利于钾的扩散。土壤酸碱度：砖红壤、赤红壤固定能力弱铵离子:竞争,钾的晶格固定作用：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+进入晶格的孔穴中，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、影响土壤中钾有效性的主要因素,（1）粘土矿物组成2：1型粘土矿物固定能力大于1：1型；粘粒含量高的土壤大于砂性土壤,（2）土壤水分土壤中家以扩散方式迁移到根表面，水分的多少影响钾离子的迁移速度。低土壤含水量限制钾的扩散，降低钾的有效性。,（3）土壤温度温度提高会增加土壤溶液中的钾。非交换性钾的释放随温度的升高而增加。热带地区土壤含钾矿物风化程度高，提供的钾少。提高土壤温暖度，还能促进植物对钾的吸收。,（4）干湿交替干燥引起粘土矿物晶格收缩，从而使钾以非交换态固定。淹水提高土壤溶液中的钾浓度。,（5）土壤pH酸性很强的土壤通常固定钾的能力弱，酸性土壤施用石灰，会增加钾的固定。,（6）氮磷肥料氮肥促进植物的生长影响，促进对钾吸收。但在土壤供钾较低的土壤上施用铵态氮肥，会阻碍晶层间的钾释放，降低土壤供钾能力。磷肥施用（磷酸铵）促进钾的溶解。,第二节植物的钾素营养,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100200mmolL-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。,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,主要农作物不同部位中钾的含量(%),2.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,2.K+易进入酶的活化部位,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,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(%)K3.70K1.00K5.53K1.14K4.70K1.60,ATP的数量(mol/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,(Hartt,1970),*总标记物为100,(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。,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)K9.0554.73.086.9K12.5060.83.9109.9*单位为molC2H2/g根瘤/h(Gomes,1986),3.促进豆科根瘤菌的固氮作用,(六)参与细胞的渗透调节，促进水分吸收,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。,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。,(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。,1.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；,8.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”,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,钾素缺乏的症状,水培小白菜,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,植物指标：不同植物指标不同。不同生育期也不同,土壤诊断指标：1M中性NH4OAc,第三节钾肥的种类、性质及施用,一、钾盐矿资源与钾肥制造原理(一)钾盐矿资源简介钾盐矿种类钾矿床：明矾石、钾长石和光卤石内陆盐湖钾盐矿：如察尔汗盐湖沿海盐场的盐卤：我国沿海地区的盐场,世界钾矿储量（106tK2O）,2.钾盐矿储量,我国钾矿资源极贫乏，全国总储量约为2亿多吨(折K2O约1亿多吨),盐卤,含钾矿物,可溶性钾矿,难溶性钾矿,分离提纯,分解提纯,钾肥产品KCl,K2SO4,含钾矿物生产钾肥的示意图,(二)钾肥制造简介,目前，世界各国生产的钾95用作肥料。钾肥品种中，氯化钾约占95，硫酸钾约占5；硝酸钾、碳酸钾少量,世界钾肥生产的主要国(1998),我国的钾肥生产与氮、磷、钾比例,我国化肥的消费情况（万吨）,我国钾肥的消费情况,：消费量生产量,成分和性质成分：KCl，含K2O50%60%(含K52%，Cl47.6%)性质：白色、淡黄色或紫红色结晶易溶于水，呈化学中性有吸湿性，久存会结块生理酸性肥料,二、常用钾肥的性质和施用,（一）氯化钾(potassiumchloride),(1)阳离子交换反应,2.在土壤中的转化,酸性土壤：K+与胶体上的H+、Al3+、Ca2+产生离子交换反应式：结果：使土壤pH值迅速下降(土壤活性酸增加、且肥料为生理酸性盐)；易对植物产生铝毒(大量Al3+存在)；使钙淋失(K+与Ca2+代换产生CaCl)措施：应配施石灰和有机肥料,(2)土壤对钾的固定晶格固定：在土壤干湿交替影响下，速效性钾进入2:1型粘土矿物晶片层间而被固定的现象。,K+在粘土矿物上的不同位点,影响因素：粘土矿物种类：2:1型粘土矿物引起田间水分状况：干、湿交替，促进固氮土壤反应：pH下降，固定减少铵离子：先存在先被固定土壤质地：越粘重，固钾能力越强钾的用量：增加，固定量也增加结果：使速效性钾转化为缓效性钾，降低了钾的有效性,(3)钾的释放和淋失钾的释放：过程：非交换性钾有效性钾影响因素：粘土矿物种类：固钾强的，释放钾慢田间水分状况：持续淹水，土壤溶液中有效钾增加；暴晒和冻融，可以促进土壤含钾矿物的风化，特别是对被晶格固定的钾的释放有好处，因此土壤速效钾含量增加结果：土壤中有效钾增加,钾的淋失：影响因素：气候条件、土壤性质等旱地淋失量一般占吸收量的20；多雨地区和代换量低的砂土淋失量较多。所以钾肥一次用量不宜过多。(养分在土壤中的移动性：NO3-KP),3.施用,(1)方法：可作基肥、追肥施用，不宜作种肥。,?,(2)土壤：在酸性和中性土壤作基肥时，应与磷矿粉、有机肥、石灰等配合施用，一方面防止酸化，另一方面促进磷矿粉中磷的有效化。,(3)作物：适宜一般作物；含有47.6%C1-，特别适于棉花、麻类等纤维作物，因为C1-对提高纤维含量和质量有良好的作用；不宜忌氯作物，如马铃薯、甘薯、甜菜、柑桔、烟草、茶树等。,(4)用量：K2O6090kg/hm2,（二）硫酸钾(potassiumsulphate),1.成分与性质成分：K2SO4，含K2O50%54%(含K43.8%,S17.6%)性质：白色或淡黄色结晶；溶于水，呈化学酸性；吸湿性小；生理酸性肥料,硫酸钾,2.在土壤中的转化(与KCl相似)交换作用反应式：结果：中性和石灰性土壤上生成CaSO4，其溶解度比CaCl2小，使土壤脱钙程度较小，酸化速度比氯化钾缓慢；酸性土壤上生成H2SO4，使土壤pH值迅速下降；易对植物产生铝毒；使土壤板结。措施：配施石灰和有机肥,3.施用适合各种作物和土壤，可作基肥、追肥、种肥及根外追肥。在酸性土壤上应与有机肥、石灰等配合施用；在通气不良的土壤中尽量少用。,穴施,注意：,硫酸钾的价格比氯化钾昂贵，因此通常情况下应尽量选用氯化钾，减少施肥的投资，增加经济效益。,(三)草木灰(plantash),影响草木灰成分的因素：作物类型：木灰含Ca、K、P较多草灰含硅较多，K、P、Ca较少稻壳灰养分含量最少植物部位：幼嫩组织，K、P较多衰老组织，Ca、Si较多土壤、施肥、气候等,(2)性质：深灰色粉末；其中钾的形态以碳酸钾为主，其次是硫酸钾和氯化钾，都是水溶性钾，可被植物直接吸收利用；其中的磷是枸溶性磷，对作物是有效的；呈化学碱性(在酸性土壤上使用不仅能供钾，而且可以降低酸度，并可补充Ca、Mg等元素),草木灰,3.施用适用于各种土壤，大多数作物可作基肥、追肥和根外追肥，也可作盖种肥作追肥时可进行叶面撒施，这样不仅能供应养分，而且能防止和减轻病虫害的发生和危害。作盖种肥可以保持土壤表面湿度，吸热增温，改善苗期营养，促苗早发，并可防止小鸟啄食种子,注意：草木灰是碱性肥料，不能与铵态氮肥、腐熟的有机肥料混合施用，以免造成氨的挥发损失。,常用的含钾肥料,窑灰钾肥,氯化钾,硫酸钾,草木灰,磷酸二氢钾,硝酸钾,土壤中有效钾,钾肥的当季利用率约为40%70,土壤中有效钾增加和减少的途径：,第四节钾肥的合理分配和施用,华南地区耕地缺钾的原因：1.气候条件：高温多雨，淋溶剧烈，粘土矿物类型多为1：1型高岭土，吸持钾的能力弱，故土壤缺钾；2.耕作制度：复种指数高，以及高产品种的引进和推广，在获得高产的同时，植物带走更多的养分，包括钾素；3.施肥习惯：重施氮、磷，而少施或不施钾，更加剧了土壤钾的耗竭；4.社会因素：农家肥、秸秆还田少，也减少了钾素的来源。,第四节钾肥的合理分配和施用,一、根据土壤特性合理分配和施用钾肥土壤供钾水平是指土壤中速效性钾的含量和缓效性钾的贮藏量及其释放速度。在实际生产中考虑：土壤供钾能力土壤固钾能力土壤障碍因子在供钾水平较低时，钾肥的肥效才明显表现。盐土避免施用高量氯化钾，酸性土壤用硫酸钾更有利。,土壤速效钾水平与当季作物钾肥肥效的关系,影响土壤供钾能力的因素:1.土壤速效钾含量2.土壤缓效钾贮量及其释放速率3.土壤质地：施肥后，砂质土肥效较快，但不持久,在生产上，应将钾肥优先分配在缺钾的砂质土壤上。,二、根据作物需钾特性合理分配和施用钾肥,（一）作物种类对钾的要求,同一作物，不同品种需钾不同，如水稻：矮秆高产良种高秆品种粳稻籼稻杂交稻常规稻；晚稻早稻,（二）作物不同生育期对钾的需要一般作物钾的临界期在苗期，因此钾肥一般用作基肥，特别是生育期短的作物。如果基肥、追肥分开施，追肥应在最大需钾期前尽早施入。,玉米生长期间对钾素的吸收比例,（三）作物根系特性与钾肥施用1.须根作物从土壤中吸取的钾比直根作物的多因为钾在土壤中移动性较小，钾离子的扩散也很慢，所以根系吸钾的多少，首先取决于根量及其与土壤的接触面积。2.CEC小的根，吸收一价阳离子