Калий принадлежит к элементам, безусловно, необходимым для растений. Большая его часть в растении находится в клеточном соке и извлекается водой, меньшая – адсорбирована коллоидами и очень незначительная часть, менее 1 %, необменно удерживается митохондриями в протоплазме. Сохраняя легкую подвижность, калий все же удерживается в освещенном растении, но частично выделяется через корни ночью и вновь поглощается днем. Дождь вымывает заметное количество этого элемента из старых листьев. В растении калий распределен неравномерно: его больше в тех органах и тканях, где интенсивно идут обмен веществ и деление клеток, много калия в пыльце.
Значение калия в жизни растений велико: он способствует нормальному течению фотосинтеза, усиливая отток углеводов из пластинки листа в другие органы. Калий, хотя и не входит в состав ферментов, но активизирует работу многих из них. Этот элемент увеличивает оводненность коллоидов протоплазмы благодаря более сильной способности растения под его влиянием удерживать воду, оно легче переносит кратковременные засухи, чем при недостатке калия.
При более интенсивном накоплении углеводов в растениях в условиях хорошего калийного питания повышается содержание сахара, повышается осмотическое давление клеточного сока, а, следовательно, и зимостойкость культур. Применение калийных удобрений также приводит к увеличению накопления сахаров в корнеплодах свеклы и других культур, крахмала – в клубнях картофеля.
К другим важным физиологическим функциям относится влияние калия на образование и превращение белковых молекул и синтез аминокислот. При недостатке калия замедляется заключительный этап синтеза белка и ускоряется распад белковых молекул. Повышение уровня калийного питания способствует интенсивному поступлению азота в растение и накоплению в нем органических азотистых соединений. Влияние калия на фосфорный обмен проявляется раньше, чем на белковый.
При недостатке калия замедляется образование макроэргических соединений (процесс накопления и передачи энергии) и снижается содержание фосфора в нуклеотидах, но происходит накопление последнего в неорганической форме. Поэтому при остром недостатке калия в питании урожай сельскохозяйственных растений резко снижается. Растения потребляют калия больше, чем фосфора, но не все одинаково относятся к его недостатку в питательном растворе. Значение обеспеченности растений калием усиливается при их аммиачном питании – больше образуется белков, лучше усваивается азот.
Внешние признаки калийного голодания проявляются в побурении краев листьев и появлении на них ржавых крапинок. Старые листья желтеют, ткань постепенно отмирает, особенно по краям. Развивается так называемый краевой «ожог». При сильном калийном голодании побурение охватывает почти всю пластинку листа. Эти признаки обнаруживаются у растений, когда содержание в них калия понижается в 3 - 5 раз по сравнению с нормальным. При недостатке калия затягиваются развитие культур и их созревание, рост растений угнетается, побеги и стебли развиваются слабо, часто растения преждевременно погибают. Калийное голодание усиливается при избыточном внесении в почву кальция и магния и при известковании кислых почв.
При хорошей обеспеченности этим элементом изменяется анатомическое строение растений. Из-за большого содержания калия в сене сеяных и луговых трав, используемом на корм животным, значительное его количество попадает в навоз. Поэтому правильное хранение навоза и навозной жижи имеет большое значение для обеспечения потребности сельскохозяйственных растений в калии.
Наиболее доступен растениям калий илистой фракции, в которой он содержится преимущественно в обменном состоянии. В почве наряду с постоянным переходом калия из труднорастворимой в водорастворимую и обменную формы происходит и закрепление калия в необменном состоянии. Это явление называется фиксацией калия почвой. Для устранения необменного поглощения калия почвой рекомендуют вносить калийные удобрения на достаточную глубину, чтобы исключить влияние пересыхания в верхней части пахотного слоя.
Между обменным и необменным калием в почве существует некоторое равновесие, которое устанавливается очень медленно. Во влажные годы растения лучше используют калий почвы, а в сухие – калий удобрений.
Все сельскохозяйственные культуры очень нуждаются в калийных удобрениях на торфянистых, песчаных и супесчаных почвах. Высокоэффективны эти удобрения также на поймах, дерново-подзолистых серых лесных почвах, красноземах и на северных черноземах лесостепи. На перечисленных типах почв калийные удобрения применяют в сочетании с азотными и фосфорными. Лишь торфяники, поймы и луга иногда получают только калийные удобрения.
Черноземы мощные, обыкновенные и южные лучше других почв обеспечивают растения калием. Поэтому в степной зоне калийные удобрения вместе с фосфорными или азотно-фосфорными вносят под культуры, потребляющие много калия. Зерновые, бобовые и травы, возделываемые без навоза, также должны получать калий.
В зоне сухих степей и на сероземах калийные удобрения применяют только при орошении. Все промышленные калийные удобрения легко растворимы в воде, быстро взаимодействуют с почвой и сильно адсорбируются ее коллоидами. Этим предотвращается заметное передвижение калия в почве и его вымывание из нее. Значительное влияние на передвижение калия оказывает и реакция почвы. Калий адсорбируется слабее на кислых почвах, почвы со щелочной реакцией не только задерживают калий, но и фиксируют его, закрепляют в необменной форме. Вступая в поглощающий комплекс почвы, калий вытесняет в раствор эквивалентное количество других катионов, в первую очередь кальция. В кислых почвах в обмен на ионы калия почвенный раствор обогащается ионами водорода, алюминия и марганца, неблагоприятно действующими на растения. Поэтому на кислых почвах систематическое внесение калийных солей должно сочетаться с внесением извести.
О необходимости внесения калийных удобрений под ту или иную культуру судят на основании полевого опыта, химических анализов почвы и развивающихся растений, урожая и наблюдений за внешним видом растений в течение вегетации. Количество калия в усвояемой культурами форме значительно колеблется даже в пределах одного поля. Если количество доступного калия в обменном и водорастворимом состоянии не превышает в почве 7 - 10 мг на 100 г, то сельскохозяйственные растения считаются им слабообеспечены. В таких случаях эффективность калийных удобрений, как правило, высокая.
О недостатке калия можно также судить на основании определения его содержания в старых листьях, которые резко обедняются им при калийном голодании. Разница в количестве калия в старых листьях у нормальных и голодающих растений может достигать 3 - 5-кратных величин и больше. Чем меньше содержится в почве доступного сельскохозяйственным растениям калия, тем более высокие дозы калийных удобрений нужны для получения высоких урожаев.
Условия внешней среды, в которых существуют растения, часто меняются и могут вызывать дисбаланс их внутренней среды. Однако для протекания метаболических процессов необходимо поддерживать относительно постоянными клеточный объем, осмотическое давление, трансмембранный потенциал, равновесие зарядов, катионно-анионный баланс, рН – все то, что составляет гомеостаз (постоянство среды) клеток и тканей. В поддержании гомеостаза исключительная роль принадлежит калию.
Неизвестно ни одного органического соединения, куда К+ входил бы как составляющий элемент, но в ионной форме он присутствует во всех органах, тканях и структурах клетки в концентрациях, превышающих концентрацию других ионов. Свойство нетоксичности высокой концентрации К+ является определяющим в выполнении его функций, но еще не получило своего объяснения. Накопление К+ в растении зависит от его концентрации в среде, но в надземных органах его содержание выше, чем в корнях.