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1、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l5，是植物体中含量最多的金属元
2、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,K,2,O,作物,部位,含,K,2,O,植物组织含钾量变化对细胞质和液泡中钾浓度影响,2.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，
3、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（%）3.701.005.531.144.701.60,ATP的数量（mol/h/g.叶绿素）216143295185102 68,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：钾能促进叶绿素的合成；钾能改善叶绿体的结构；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
4、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，
5、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
6、单株根瘤重 固氮酶活性(g/株)(g)(g)-K 9.05 54.7 3.0 86.9+K 12.50 60.8 3.9 109.9*单位为molC2H2/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
7、424 22 35 12关闭 20 0 19 2,气孔状态,K Cl-渗透压 气孔孔径,(10-14mol)bar*(m),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，
8、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
9、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)()0 4.48 35 300 6.91 19 600 8.73 8,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
10、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
11、 色氨酸 淀粉 可溶性糖()()()()()()-NP 0.18 0.14 0.36 0.121 44.9 9.36NPK 0.20 0.20 0.42 0.135 46.5 10.40,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，
12、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。,K,K,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。,K,K,K,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,K,K,K,K,K,K,K,K,K,钾利于果实着色,K,K,K,缺钾易发生筋腐病，着色差,K,K,K,K,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
13、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0.52.5%，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)13%,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9098%，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
14、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,P,e,i
15、,钾的晶格固定,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K2O 60%左右，呈白色或淡黄色或紫红
16、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Ca 2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K2O 5060，纯品为白色结
17、晶，含少量杂质时呈微黄色，粉红色等，易溶于水，吸湿性小，物理性状良好，化学性质稳定。,(三)施用,可作基肥、追肥施用，不宜作种肥。作基肥时在酸性和中性土壤上应与磷矿粉、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。KCl含有C1-，对象马铃薯、甘薯、甜菜、柑桔、烟草、茶树等的产量和品质有不良影响，不宜多用。氯化钾特别适于棉花、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。,二、硫酸钾(K2SO4),(一)成分与性质 含K2O 50%52%左右，为白色结晶，溶于水，是生理酸性肥料。(二)在土壤中的转化 与KCl相似。但在中性土壤中的Ca2+形成的产物为Ca
18、SO4，溶解度比CaCl2小，对土壤脱钙程度也较小，酸化速度比氯化钾缓慢。,硫酸钾的性质,硫酸钾K2SO4含钾K2O50，含硫18。纯品为白色结晶，含少量杂质时呈微黄色，易溶于水，吸湿性小，物理性状良好，化学性质稳定。,（三）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。三、钾镁肥四、硫钾镁肥,五、草木灰,(一)成分和性质草木灰是植物熏烧后的残灰 氮和有机物大多烧失，仅含有灰分元素，如Ca、Mg、P2O32-、Fe和其它微量元素等。其中Ca、K较多，P次之。不同植物的灰分含量 一般木灰含Ca、K、P较多，草灰含硅较多
19、，K、P、Ca较少，稻壳灰和煤灰养分最少。,草木灰的成分,草木灰中钾的主要形态 以碳酸钾为主，其次是硫酸钾和氯化钾，都是水溶性钾，可为作物直接吸收利用。草木灰中的磷是枸溶性磷，对作物是有效的。草木灰呈碱性反应 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。,六、窑灰钾肥,含多种成分，其主要是硫酸钾和氯化钾。吸湿性强，热性肥料，存放时容易结块，化学碱性肥料。是水泥工业的副产品，灰黄或褐色粉末，含K2O约为812%，水溶性钾占90%以上，还含有钙、镁、硅及微量元素等。,(二)施用,可作基肥、追肥，也可作盖种肥。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
20、害的发生和危害。作盖种肥可以保持土壤表面湿度，促苗早发。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。,小结：土壤中钾素增加和减少的途径 作物残茬、厩肥 化学钾肥 缓效性钾矿物 作物吸收 淋洗损失 迳流损失 固定钾肥的当季利用率约为4070。,土壤中有效钾,第四节 钾肥的合理施用,一、土壤供钾能力与钾肥肥效土壤供钾水平是指土壤中速效性钾的含量和缓效性的贮藏量及其释放速度。在供钾水平较低时，钾肥的肥效才能表现出来。速效钾(K2O)在83.3mg/kg以下，作物表现出缺钾，钾肥效果明显；150mg/kg以上，一般不表现缺钾，钾肥的效果不明显。,土壤养分含量参
21、考指标,二、作物需钾特性与钾肥肥效,由于钾与碳水化合物代谢关系密切，所以薯类作物、纤维作物、糖料作物需钾较多。由于油脂是由碳水化合物转变而来的，所以油料作物对钾的需要也较多。,（一）作物种类对钾的要求,(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，因此钾肥一般用于基肥，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。,(三)作物根系特性与钾肥施用,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。因此须根作物从土壤中吸取的钾比直根作物的多。,一般而言，阳离子交换量(CEC)大的根吸取二价离子较多，而交换量
22、小的根，吸收一价离子较多。例如，禾谷类作物根的CEC只有双子叶植物的1/31/5，所以吸钾能力较双子叶植物的大。就双子叶作物来说，大豆的CEC较大，可能其吸钾能力较弱，因此，施用钾肥的效果良好。,三、肥料配合与钾肥肥效,钾的肥效在氮、磷配合下，才能充分发挥出来。NK配施时植株体内K2O/N比值增高，而可溶性非蛋白质氮占全氮的比例降低，说明NK配合施用可以促进水稻对N、K的吸收及其在体内保持一定的平衡，也促进了N在体内的转化和蛋白质合成。,四、气候条件与钾肥肥效,通过土壤暴晒和冻融，可以促进土壤含钾矿物的风化，特别对固定在粘土矿物晶层上的钾的释放有好处，增加了土壤速效钾的含量。如果水分不足会使K
23、+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。,五、钾肥种类、施用方法与钾肥肥效,对忌氯作物如薯类、糖用作物、浆果类果树、茶树等，施氯化钾效果不佳，并会影响品质；而对于纤维作物效果较好。硫酸钾适于各种作物，尤其是喜硫植物。盐土上不宜用氯化钾。宽行作物以条施、穴施或沟施效果较好，窄行作物可以撤施。一般施K2O 37.575公斤/公顷。,小 结,钾的营养作用：1、作为多种酶的活化剂；2、促进光合作用；3、促进糖代谢；4、促进蛋白质合成；5、促进经济用水；6、增强作物的抗逆性和抗病能力。植物缺钾的症状：土壤中的钾：形态：矿物态 缓效态 交换态 水溶态钾肥种类、性质和施用：KCl、K2SO4、草木灰。钾肥的合理施用,
