Група діючих речовин Калій

Калій – хімічний елемент, що грає велику роль в житті рослин. По мірі необхідності стоїть в одному ряду з азотом і фосфором. Поширений в природі досить широко. Зустрічається тільки у вигляді з'єднань. Є діючою речовиною сирих калійних солей і концентрованих калійних добрив. Застосовується під всі сільськогосподарські культури в якості основного, припосівного добрива і підживлення.

Колись зола була вельми цінним хімічним продуктом, тому що з неї люди отримували перше в світі миючий засіб, нагріваючи її в воді і отримуючи при цьому милко розчин, використовуваний при пранні і в інших цілях. Така «особлива» зола, що утворюється тільки при спалюванні деревини, очерету, соломи або папороті, навіть мала свою назву – поташ, або калі. Вона містила карбонат калію, який і надавав їй цінні властивості.

У нашій країні ще в Хівеку виробництво поташу було досить досконалим. Люди використовували вже не звичайну золу, а випарений розчин, що утворюється при її кип'ятінні. Перед випарюванням його фільтрували для відділення частинок чистого вугілля та інших домішок. В результаті формувалися ламкі шматочки сірого кольору, що складаються з карбонату, сульфату, хлориду калію і соди. Незважаючи на свою непоказну, цей результат хімічних перетворень завжди був в ходу і продавався за чималу ціну, бо аналогів йому тоді не існувало.

Довгий час люди не здогадувалися, що основним компонентом середньовічного «мила» був новий хімічний елемент. І тільки в 1807 році Гемфрі Деві, провівши електроліз лугу кін, виділив з неї металевий калій. Його віднесли до групи лужних, або, як їх ще називали, «лютих» металів, що відрізняються високою хімічною активністю. Пізніше калій був виявлений і в складі інших речовин, а також послужив основою для отримання безлічі сполук, нині повсюдно використовуваних людиною. Наприклад, він є складовою рідкого мила, яке не йде ні в яке порівняння із засобом, використовуваним кілька століть тому.

Фізичні та хімічні властивості

Калій (Kalium), K – хімічний елемент головної підгрупи I групи періодичної системи Менделєєва. Атомний номер – 19. Атомна маса – 39,10.

Калій – типовий лужний метал сріблясто-білого кольору. Він швидко окислюється на повітрі і бурхливо реагує з водою, загоряється при невеликому нагріванні. Реакція з водою супроводжується виділенням водню. Енергійно взаємодіє з галогенами, особливо з хлором і фтором.

• Температура плавлення – 63,5°C,
• Температура кипіння – 771°C,
• Щільність – 0,86 г/см3.

На малюнку Калій

Зміст в природі

Калій належить до поширених елементів. Метал входить до складу різних мінералів і гірських порід силікатного типу. У верхніх шарах потужних відкладень кам'яної солі іноді містяться значні кількості калію, переважно у вигляді хлоридів або подвійних солей з магнієм і натрієм. Однак ж великі скупчення солей калію промислового значення зустрічаються рідко. У воді багатьох озер міститься сода.

Калій присутня майже у всіх тканинах і органах рослин, часто в неоднакових кількостях. У соломі ЗЕРНОВИХ культур його більше, ніж у зерні. В бульбах картоплі – менше, ніж в бадиллі. Багаті вмістом калію молоді рослини, в яких всі клітини енергійно діляться. Максимальне накопичення калію в рослині збігається з періодом цвітіння.

Форми доступності калію в грунті

Запаси калію там набагато більше, ніж запаси азоту і фосфору. Вміст валового калію коливається від 0,5 до 4 % і залежить від гранулометричного складу грунтів. Чим більше глинистих частинок в грунті, тим більше в ній калійних сполук.

За ступенем рухливості, а значить, і доступності рослинам з'єднання калію поділяють на:

• Калій ґрунтового розчину (водорозчинний). Складається з різних солей. Дана форма легко засвоюється рослинами, але її вміст незначно (1-20 мг / кг грунту) і не може характеризувати забезпеченість рослин калійними сполуками.
• Калій поглинений (обмінний). Входить до складу катіонів поглинаючого грунтового комплексу. Обмінний калій легко переходить в розчин грунту. Цим і обумовлена його легка доступність рослинам.
• Розмежування обмінної і водорозчинних форм досить умовно, оскільки, в залежності від умов навколишнього середовища (температури, вологості тощо), вміст водорозчинного калію зменшується або збільшується за рахунок обмінного.
• Калій необмінний (фіксований). Не екстрагується з грунту розчинами слабких кислот і нейтральних солей, включає в себе фіксований природний і штучно фіксований калій. Природний фіксований калій-калій, утримуваний в решітці глинистих мінералів. Штучно фіксований калій розташований в міжпакетних просторах кристалічної решітки. Він використовується рослинами краще, ніж природний фіксований.
• Калій, що входить до складу безводних силікатів. Знаходиться в складі мінералів алюмосилікатів (польових шпатів і слюд), важкорозчинний.
• Калій у складі плазми мікроорганізмів. Практичного значення в харчуванні рослині майже не має у зв'язку з малою кількістю.

Форми калію в грунті не постійні і можуть переходити один в одного.

Валовий вміст калію в грунті не завжди здатне точно характеризувати забезпеченість рослин калієм, оскільки в грунті може міститися тільки близько 1 % валових запасів, доступних рослинам. У зв'язку з цим, про забезпеченість калієм на різних типах ґрунтів судять не за загальним (валовим) відсотком його змісту, а за співвідношенням між його формами.

Вміст калію в різних типах грунтів

Валовий вміст калію в грунті визначається і характером материнської породи.

Осадові гірські породи (Материнські для багатьох грунтів) містять калію не менше 2,14 % від загальної маси.

Важкі глинисті грунти містять до 3-4 % калію.

Суглинні ґрунти – 2 – 2,5 % калію від загальної маси.

Бідні піщані грунти-0, 7 - 1% калію від загальної маси.

Дерново-підзолисті грунти містять до 0,8-1,5 % обмінного калію від загального вмісту калію в грунті.

Роль в рослині

Біохімічні функції

Тканини та органели рослин, що містять калій

Калій необхідний абсолютно всім рослинам, тваринам і мікроорганізмам на Землі. Спроби замінити цей елемент близькими до нього (літієм, натрієм, рубідієм) зазнали невдачі. Функція калію в тканинах і органелах рослин строго специфічна.

У рослинах калій міститься в іонній формі. Не знайдено жодного органічного з'єднання, до складу якого був би включений даний елемент. Він поглинається рослинами у вигляді катіонів. У такій формі він і залишається в клітці, утворюючи тільки слабкі зв'язки з її речовинами. Саме такий калій виконує функцію нейтралізації негативно заряджених компонентів клітини і створює різницю електричних потенціалів між середовищем і кліткою. Швидше за все, в цьому і є специфічність функціонування даного металу як незамінного для рослин.

Основна маса калію знаходиться в цитоплазмі і вакуолях клітин. Встановлено, що в пластидах і ядрах клітин калій відсутня. Майже 80 % калію знаходиться в клітинному соку і легко вимивається водою, особливо зі старого листя.

У клітинах рослин близько 20 % калію утримується в обмінно-поглиненому стані колоїдами цитоплазми і до 1 % його поглинається мітохондріями необмінно.

Елемент молодості. Калій називають елементом молодості. Дійсно, молоді органи рослин містять калію в 3 – 5 разів більше, ніж старі, оскільки його набагато більше саме в тих клітинах, де найбільш інтенсивно проходять процеси розподілу й обміну речовин.
Найбільше калію містить пилок рослин. Наприклад, в золі пилку кукурудзи його міститься до 35,5 %, тоді як магнію, сірки, кальцію і фосфору разом тільки 24,7%.

Сполуки калію відрізняються легкою рухливістю в тканинах рослин, що і забезпечує його реутилізацію шляхом переміщення зі старих тканин в молоді. В результаті цього його зміст в листі і стеблах зростає від низу до верху.

Фізіологічні функції

Калій виконує в рослинах різноманітні фізіологічні функції:

• Стимулює перебіг фотосинтезу.
• Збільшує відтік вуглеводів з листової пластинки в інші органи.
• Посилює синтез цукрів, високомолекулярних вуглеводів (целюлози, крохмалю, пектинових речовин та ін).
• Сприяє посиленню накопичення моносахаров в плодових і овочевих культурах.
• Сприяє накопиченню вуглеводів в клітинах рослин. Це призводить до збільшення осмотичного тиску клітинного соку, що підвищує морозостійкість і холодостійкість рослин.
• Накопичуючись в хлоропластах і мітохондріях, калій сприяє стабілізації їх структури і утворення АТФ,
• Збільшує гідрофільність колоїдів протоплазми. Це знижує транспірацію і допомагає рослинам виживати в періоди короткочасної посухи.
• Грає не останню роль в синтезі білків. Нестача калію призводить до різкого зниження синтезу нових білкових молекул і розпаду старих. Позитивний вплив калію на синтез білків пояснюється його впливом на трансформацію і накопичення вуглеводів, а також на діяльність ферментів, що беруть участь у синтезі білка.

Недолік (дефіцит) калію в рослинах

Каліелюбівимі культурами вважають цукровий і кормовий буряк, картоплю, овочі, Соняшник. Вони споживають набагато більше цього елемента, ніж зернові і зернобобові культури, льон і багаторічні трави.

Дефіцит калію викликає численні порушення обміну речовин у рослин: послаблює діяльність цілого ряду ферментів, порушує білковий і вуглеводний обмін, підвищує витрату вуглеводів на дихання.

При цьому, репродуктивність рослин падає, а якість продукції знижується. При нестачі калію зернові утворюють щупле зерно, знижується схожість і життєздатність насіння. Погіршується міцність соломини, що призводить до вилягання хлібів.

Дефіцит калію призводить до зменшення вмісту крохмалю в картопляних бульбах, сахарози в коренеплодах цукрових буряків, пектину – в ягодах і плодах. Падає врожайність овочевих, плодових і зернових культур, знижується вміст вітамінів. При дефіциті калію рослини стають сприйнятливі до різних захворювань, в тому числі, грибкових.

Ознаки дефіциту калію з'являються не тільки при його низькому вмісті в грунтах, але і при порушенні балансу поживних речовин, надлишку азоту, підвищеної або зниженої вологості грунту, вапнуванні. Найрізкіше ознаки калійного голодування проявляються в суху і жарку погоду.

Надлишок калію

Надмірне калійне живлення призводить до нерівномірності дозрівання культур, їх вилягання, зниження опірності грибкових захворювань і несприятливих кліматичних умов.

На ранніх стадіях при надлишку калію спостерігається ослаблення росту рослин, подовження міжвузлів. Листя набуває світло-зеленого забарвлення. На пізніх стадіях ріст рослин сповільнюється, на листках з'являються плями, вони в'януть і обпадають.

Вміст калію в різних сполуках

Калійвмістні  мінерали промислового значення

Для виробництва калійних добрив використовують калійні солі. Видобувають їх у промислових родовищах по всьому світу. Проте лише невелика частина з 120 калійвмісних мінералів має промислове значення. До таких відносяться:

• сільвініт-nNaCl + мКС, з вмістом K2O від 15 до 25 %;
• карналліт-КСl • MgCl • 6Н2О-17 % K2O;
• каїніт-КСl • MgSO4 • 3H2O-19 % K2O;
• шенит – K2SO4 • MgSO4 • 6H2O – 23 % K2O;
• лангбейнит – K2SO4 • 2MgSO4 – 23 % K2O;
• алуніт - (К, Na)2SO4 • Al2 (SO4) 3 • 4Аl (ОН)3-23 % K2O;
• полигалит – K2SO4 • MgSO4 • 2CuSO4 • 2Н2О – 16 % K2O;
• нефелин – (К, Na)2O • Аl2O3 • 2SiO2 – 6-7 % K2O.

Калійні добрива

Калійні добрива поділяють на концентровані (сірчанокислий калій хлористий калій, калійну сіль, хлористий калій – електроліт, калімагнезію, калійно-магнієвий концентрат) і сирі (каїніт і сильвініт).

Сирі калійні солі

Виходять після дроблення і розмелювання природних калійних солей. Для цієї мети використовують найбільш концентровані пласти родовищ. Однак застосування сирих калійних солей виправдане тільки поблизу родовищ калійних руд, оскільки вміст оксиду калію в них низький і одночасно багато домішок. У них багато хлору, що обмежує їх застосування.

Сільвініт-mКСl + nNaCl. Він містить 12-15 % K2O і 35-40 % Na2O. Речовина рожево-бурого кольору з включенням синіх кристалів. Застосовується під натриелюбивые культури.

Каїніт-КСl • MgSO4 * 3H2O з домішкою NaCl.У каїніті міститься 10 % K2O, 6-7 % MgO, 32-35 % Cl, 22-25 % Na2O, 15-17% SO4. Має вигляд великих кристалів рожево-бурого кольору. Вологість – 5 %.

Концентровані калійні добрива

Хлористий калій, хлорид калію, КО. Основне калійне добриво. Його виробництво займає 90 % від усього виробництва калійних добрив. Хімічно чистий хлорид містить 63,1 % K2O. Поставляється в сільське господарство хлорид калію містить від 57 до 60 % K2O. Дрібнокристалічний порошок білого або рожевого кольору з відтінком сірого.

40% - ва калійна сіль, КСl +(mKCl + nNaCl). У ній міститься близько 40 % K2O, 20 % Na2O і 50 % Cl. Суміш білих, сірих, червонуватих кристалів середнього і дрібного розміру. Рекомендована до застосування для культур, чуйних до натрію. До них відносяться цукровий буряк, різні коренеплоди, капуста, томат, злакові трави, бруква. Для культур, більш чутливих до хлору, вона менш придатна.

Сульфат калію, K2SO4. Висококонцентроване безхлорне добриво. Містить 46 – 50 % K2O. Має вигляд мелкокристаллического порошку білого кольору з жовтим відтінком, вологість – 1,2 %. Забезпечує збільшення врожаю винограду, тютюну, гречки та інших хлорофобных культур. Широко застосовується в овочівництві, зокрема, в захищеному грунті. Сірка добрива робить позитивний вплив на продуктивні бобові, хрестоцвіті та інші культури.

Каліймагнезія, сульфат калію-магнію (шеніт), K2SO4 • MgSO4. Містить 29 % K2O і 9 % MgO. Має вигляд білого сильнопылящего порошку з рожевим або сіруватим відтінком, а також містить сірувато-рожеві гранули. Використовується під культури, сприйнятливі до хлору, і в грунтах легкого складу.

Калімаг, калійно-магнезіальний концентрат. K2SO4 • 2MgSO4. Містить 18-20 % K2O і 8-9 % MgO. Гранули сірого кольору. По ефективності порівнюється з каліймагнезією.

Хлоркалій електроліт. КСl з домішками NaCl і MgCl2. Побічний продукт виробництва магнію з карлинита. Містить 34-42 % K2O, по 5 % MgO і Na2O і до 50 % Cl. Це сильнопылящий порошок мелкокристаллического складу з жовтим відтінком.

Цементний пил. Безхлорне калійне добриво. Відхід виробництва цементу. Містить від 10 – 15 до 35 % K2O. У цьому добриві калій міститься також у вигляді карбонатів, сульфатів, бікарбонатів і в невеликій кількості – силікатів. Присутні гіпс, оксид кальцію, полуторні оксиди і деякі мікроелементи. Застосовується як основне добриво, перш за все, на кислих грунтах, а також під хлорофобні рослини.

Пічна зола. Це добриво відноситься до місцевих калійно-фосфорно-вапняним. Калій міститься в ньому у вигляді поташу (К2СО3). Зміст K2O коливається, в залежності від джерела палива. В золі листяних порід – 10-14 % K2O, 7 % P2O5, 36 % СаО, в золі хвойних порід – 3-7 % K2O, 2,0–2,5 % P2O5 і 25-30 % СаО. Встановлено, що молодші дерева дають золу, багатшу вмістом поживних елементів.

Свіжий гній на солом'яній підстилці, в залежності від виду, містить від 0,5 до 0,67 % K2O в складі.

Способи застосування

Застосування калійних добрив, в залежності від типу грунту

Застосування калійних добрив приносить максимальний ефект на піщаних, супіщаних, дерново-підзолистих, торфово-болотних і заплавних грунтах, а також на червоноземах.

Позитивно калійні добрива впливають на урожай в зонах достатнього зволоження суглинкових дерново-підзолистих, сірих лісових грунтів, вилужених і опідзолених чорноземів при середній і низькій забезпеченості калієм.

Степові і сухостепные грунту зазвичай добре забезпечені калійними сполуками. Крім того, умови вологозабезпечення тут мінливі. Через це на чорноземах (південних, типових, звичайних), каштанових грунтах, сероземах дія калійних добрив або зовсім слабке, або не проявляється. Застосування в даному випадку калійних добрив рентабельно лише під калієлюбиві культури (соняшник, цукровий буряк, овочеві), а також при зрошенні на сіроземах і каштанових грунтах.

На солонцях, як правило, багатих калієм, дані добрива не застосовують, оскільки вони підсилюють солонцюватість даних грунтів і не приносять очікуваного ефекту.

Взаємодія з іншими добривами

Застосування гною, а він сам по собі є хорошим джерелом калію, зазвичай знижує дію калійних добрив.

Максимальна ефективність від застосування калійних добрив досягається за умови їх оптимального співвідношення з азотними і фосфорними. Одностороннє застосування калійних добрив можливе на осушених торфовищах і торф'яно-болотних типах ґрунтів, які забезпечені іншими елементами живлення.

Способи внесення

Калійні добрива вносять як основне, припосівне добриво і підгодівля. Основне добриво вноситься трьома способами: врозкид, локально, а на грунтах зв'язкового гранулометричного складу в запас на 2 – 3 роки.

Ефект від застосування калійних добрив

Калійні добрива активізують найважливіші біохімічні процеси в тканинах і клітинах рослин, підвищують стійкість культур до різних захворювань, як протягом вегетаційного періоду, так і в післяжнивний період. Значно покращують лежкість овочів і плодів. Крім того, при застосуванні даних добрив:

• у плодових культур посилюється накопичення моносахаров;
• у коренеплодах підвищується вміст цукру;
• у картоплі підвищується вміст крохмалю;
• у злакових культур потовщуються клітини стінок соломинок, підвищується стійкість хлібів до вилягання;
• у льону, конопель поліпшується якість волокна.