K-Manual ausf.hrlich.QXP - The International Potash Institute
advertisement
Potas w produkcji roślinnej Prof. Dr. Witold Grzebisz 2004 POZNAN I N M I C ZA AK A D E International Potash Institute Basel/Switzerland Akademia Rolnicza w Poznaniu Katedra Chemii Rolnej Wojska Polskiego 71 F, 60-625 Poznań, Polska OL International Potash Institute Coordinator Central & Eastern Europe P.O. Box 1609, CH-4001 Basel, Switzerland Phone: +41 61 26129-22, Fax: +41 61 26129-25 www.ipipotash.org • e-mail: [email protected] Akademia Rolnicza w Poznaniu Katedra Chemii Rolnej Wojska Polskiego 71 F, 60-625 Poznań, Polska Tel. +48 - 61 / 848 77 88, Fax +48 - 61 / 848 77 87 e-mail: [email protected] Opracował: Prof. Dr. Witold Grzebisz Akademia Rolnicza w Poznaniu Katedra Chemii Rolnej Copyrith by IPI Basel/Switzerland ISBN 3-9801577-3-3 Verlagsgesellschaft für Ackerbau mbH Bertha-von-Suttner-Str. 7, 34131 Kassel, Germany; 2004 Potas w produkcji roślinnej Prof. Dr. Witold Grzebisz oraz Dr. Jean B. Diatta (rozdział 3) Dr. Thomas Popp (rozdział 4) Dr. Witold Szczepaniak (rozdział 7) SPIS TREŚCI Rozdział 1. Gospodarka potasem w Polsce: stan i skutki . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.1. Aktualne problemy Polskiego rolnictwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.2. Plony potencjalne i rzeczywiste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.3. Zużycie nawozów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 1.4. Nawożenie a plony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 1.5. Ograniczenia aktualnej praktyki nawożenia roślin uprawnych . . . . . .11 Rozdział 2. Potas w roślinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.1. Zawartość i rozmieszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.2. Funkcje potasu w roślinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.3. Objawy niedoboru potasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 Rozdział 3. Potas w glebie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 3.1. Obieg potasu w środowisku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 3.2. Minerały ilaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 3.3. Wymiana i równowaga jonowa potasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 3.4. Formy potasu w glebie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Rozdział 4. Nawozy potasowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 4.1. Powstanie złóż potasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 4.2. Złoża i wydobycie soli potasowych w świecie . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 4.3. Eksploatacja złóż soli potasowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 4.4. Technologie produkcji nawozów potasowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 4.5. Nawozy potasowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 4.6. Charakterystyka mineralnych nawozów potasowych . . . . . . . . . . . . .40 Rozdział 5. Pobieranie potasu przez rośliny uprawne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 5.1. Warunki pobierania potasu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 5.2. Mechanizm pobieranie jonów K+ przez korzeń rośliny . . . . . . . . . . . .43 5.3. Czynniki definiujące pobieranie jonów K+ z gleby . . . . . . . . . . . . . . . .46 5.4. Współdziałanie K z innymi składnikami mineralnymi . . . . . . . . . . . . .48 5.5. Dynamika pobierania K przez rośliny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 3 Rozdział 6. Potas a stresy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 6.1. stres-plon – potas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 6.2. Stresy abiotyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 6.3. Stresy biotyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 6.4. Potas a podatność roślin uprawnych na stresy biotyczne . . . . . . . . .60 Rozdział 7. Potas a jakość plonów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 7.1. Definicja jakości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 7.2. Nawożenie potasem a jakość plonów, wybrane przykłady . . . . . . . .64 7.3. Fizjologiczne mechanizmy jakości produktów roślinnych . . . . . . . . . .70 Rozdział 8. System nawożenia potasem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 8.1. Podstawy systemu nawożenia potasem w gospodarstwie . . . . . . . .72 8.2. Elementy systemu nawożenia potasem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 8.3. Termin nawożenia potasem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 8.4. Techniki nawożenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 Rozdział 9. Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 1. Gospodarka potasem w Polsce: stan i skutki 1.1. Aktualne problemy Polskiego rolnictwa Koniec XX i początek XXI wieku w Polsce charakteryzuje się bardzo dynamicznymi przekształceniami we wszystkich dziedzinach życia w Polsce, w tym w rolnictwie. Zmiany w tej gałęzi gospodarki obejmują nie tylko sferę przekształceń własnościowych, lecz także technologie upraw, których wprowadzenie wymusił zarówno drastyczny wzrost nakładów, jak i szeroka oferta środków produkcji (nawozy, ciągniki, maszyny). Gwałtowny wręcz wzrost nakładów wywołał, w konsekwencji, spadek zużycia nawozów mineralnych. W trudnym okresie dla rolnictwa, a taki stan przeważa obecnie, pojawiają się pytania o efektywną strategię produkcji rolnej, w tym roślinnej. Podstawowe pytania, które można poddać dyskusji, także społecznej, brzmią: 1. Czy przy obecnym poziomie nakładów polskie rolnictwo jest w stanie zabezpieczyć strategiczne potrzeby żywnościowe kraju? 2. Jak kształtować i różnicować wielkość produkcji roślinnej, ujmując zagadnienie w skali całego kraju i regionalnie? 3. Czy aktualna gospodarka nawozowa spełnia podstawowe zasady rolnictwa zrównoważonego? Udzielenie odpowiedzi na wszystkie postawione powyżej pytania wykracza poza ramy tego opracowania, którego celem jest odpowiedź na pytanie trzecie. Wpierw, należy jednak postawić serię pytań o aktualny system nawożenia w Polsce, o ile taki w ogóle funkcjonuje. Pytania te można sformułować następująco: 1. Czy aktualna gospodarka składnikami pokarmowymi w Polsce nie jest sprzeczna z zasadami tzw. gospodarki zrównoważonej? 2. Czy aktualna gospodarka nawozowa w Polsce nie prowadzi do wyczerpania zasobów składników pokarmowych gleby? 3. Czy skutki prowadzonej w Polsce gospodarki nawozowej nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego? Odpowiedź na postawione pytania nie jest jednoznaczna i wymaga rozważań, a zwłaszcza podjęcia działań naprawczych, głównie w skali gospodarstwa, jako podstawowej jednostki produkcyjnej w rolnictwie. 1.2. Plony potencjalne i rzeczywiste Ogólną charakterystykę oddziaływania czynników glebowo-klimatycznych na plony roślin uprawnych w Polsce przedstawia się w układzie regionalnym. Przykładowo potencjalny poziom plonów pszenicy ozimej, rozpracowany w latach 80-tych, wahał się w zależności od regionu klimatycznego od 4,3 do 5,0 t/ha a w zależności od kategorii agronomicznej gleby od 3,4 t/ha do 5,2 t /ha (tab. 1.1). Wahania plonów wywołane produktywnością gleby były i są znacznie większe, niż powodowane zmiennością klimatyczną kraju. Plony rzeczywiste, podstawowych upraw polowych, osiągane w Polsce znacznie odbiegają od poziomu plonów potencjalnych, czyli możliwych do uzyskania. W latach, które umownie można określić jako dobre, przykładem rok 1991, średnie plony pszenicy ozimej, jęczmienia jarego, buraka cukrowego, czy też rzepaku ozimego kształtują się w pobliżu 80% plonów 5 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 1.1. Plony potencjalne i rzeczywiste w Polsce Roślina uprawna Żyto ozime Pszenica ozima Jęczmień jary Owies Ziemniaki Burak cukrowy Rzepak ozimy Plony potencjalne1 t/ha % 1990 t/ha % 4,4 4,7 4,1 4,4 31,0 48,6 2,8 2,61 3,75 3,52 2,84 19,8 38,0 2,41 100 100 100 100 100 100 100 Plony rzeczywiste2 1992 1997 t/ha % t/ha % 59 80 86 65 64 78 86 1,96 3,06 2,35 1,84 13,3 29,4 1,82 45 65 57 42 43 60 65 2,31 3,21 3,11 2,61 15,9 37,6 1,88 52,5 68,3 75,9 59,3 51,3 77,4 67,1 Żródło: 1Drozd i Nowak (1993); 2roczniki statystyczne GUS potencjalnych a owsa, czy też żyta w granicy 60%. W latach niekorzystnych klimatycznie, a takimi były lata 1992, 2003, średnie plony tych samych roślin kształtują się na poziomie niższym o dalsze 20-30%. 1.3. Zużycie nawozów 1.3.1. Nawozy organiczne Nawozy organiczne stanowią ważne źródło składników pokarmowych wprowadzanych przez rolnika do gleby. W drugiej połowie lat 90-tych w porównaniu do średniej z lat 1986-90 dawki obornika na 1 ha zmniejszyły się, średnio o 1/4 (tab. 1.2). W ostatnich latach poziom produkcji obornika waha się w zakresie 4,5 – 5,0 t/ha/rok, lecz w następstwie wprowadzenia tzw. kwoty mlecznej może ulec dalszemu obniże- niu. W Wielkopolsce, w której pogłowie inwentarza gospodarskiego zawsze przekraczało średnią krajową, w większości regionów (byłe województwa), poza leszczyńskim, zaznacza się tendencja do spadku poziomu produkcji obornika. Ujemne skutki zachodzących zmian, rozważane z punktu produktywności gleb, wydają się dość jednoznaczne. W świetle danych, standardowa dawka, wynosząca 30 t/ha obornika, w skali kraju może być stosowana raz na 6 lat, podczas gdy w regionie leszczyńskim dwa razy częściej, czyli co 3 lata (mapa 1.1). 1.3.2. Nawozy mineralne W latach 1989-92 nastąpił drastyczny spadek zużycia nawozów mineralnych w polskim rolnictwie (rys. Tabela 1.2. Produkcja obornika w regionach Wielkopolski na tle Polski, t/ha/rok1 Regiony Wielkopolski Kaliskie Konińskie Leszczyńskie Pilskie Poznańskie Polska 1 19886-90 Lata 1992 1997 7,79 6,17 9,31 6,28 7,95 6,20 7,38 5,62 9,24 5,28 7,35 5,38 7,20 5,59 9,09 5,12 6,92 4,66 wyliczenia własne; źródło: Roczniki Statystyczne Rolnictwa 1991, 1993, 1998 6 Akademia Rolnicza w Poznaniu < 20 20,1 - 30,0 30,1 - 40,0 > 40,1 źródło: rocznik GUS, 2003 Mapa 1.1. Obornik jako źródło potasu w Polsce, rok 2002, przegląd regionalny, kg K2O/ha. 1.1). W roku 1992, dawka nawozów (NPK), w porównaniu z 1989 zmniejszyła się ponad 3-krotnie. Po okresie depresji zużycia nawozów, która w zależności od regionu kraju trwała od roku do kilku lat, nastąpił nieznaczny wzrost zużycia nawozów mineralnych. Jednakże, stan i dynamika zużycia nawozów była i w dalszym ciągu jest regionalnie, a nawet wewnątrz regionalnie zróżnicowana. W warunkach znacznego spadku zużycia nawozów mineralnych, udział potasu i fosforu z nawozów organicznych, pomimo bezwzględnego spadku produkcji, rozważany zarówno w skali kraju, jak i regionalnie, generalnie się zwiększył (tab. 1.3). W latach 80tych udział obu składników pokarmowych pochodzenia organicznego, w ogólnym bilansie nawozowym, zwłaszcza w przypadku potasu, był umiarkowany. W roku 1992 udział obu składników zdecydowanie przekroczył 50% dla fosforu i 75% dla potasu. W roku 1997, w skali kraju, udział fosforu zmniejszył się do poniżej 50% a potasu do 66%. W Wielkopolsce sytuacja przedstawiała się nieco odmiennie, gdyż udział fosforu pochodzenia organ- 7 Potas – w produkcji roślinnej icznego nieznacznie przekraczał 50% dawki składnika wprowadzonego do gleby w formie mineralnej a potasu około 70%. Całkowicie odmiennie przedstawia się struktura udziału azotu. W latach 80-tych nawozy organiczne dostarczały poniżej 20% dawki azotu wprowadzanego ogółem do gleby. W roku 1992 udział tej grupy nawozów zwiększył się do prawie 30%, aby 5 lat póżniej zmniejszyć się ponownie do poniżej 20%. Spadek zużycia nawozów mineralnych, różny ilościowo dla głównych składników pokarmowych, wywołał głębokie zmiany w strukturze zużycia. NPK, kg/ha/rok 200 K2O P2O5 N 150 100 50 0 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 lata źródło: Roczniki, GUS Rys. 1.1. Zużycie nawozów w Polsce, 1985-2000. K2O, kg/ha 400 200 0 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 -200 pobranie K -400 źródło: Roczmiki, GUS lata Rys. 1.2. Bilans potasu w uprawie rzepaku w Polsce. 8 dawki K bilans K Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 1.3. Udział składników pochodzących z nawozów organicznych w ogólnym bilansie nawozowym Wielkopolski na tle Polski, w % Region Kaliskie Konińskie Leszczyńskie Pilskie Poznańskie Polska 1989 N 1992 1997 1989 P2O5 1992 1997 1989 K2O 1992 1997 15,9 16,5 16,7 14,5 14,7 16,0 27,2 30,3 28,7 34,7 26,9 29,8 24,1 16,0 26,5 26,7 20,2 19,0 58,1 65,9 55,4 71,3 61,8 57,6 45,4 51,4 46,5 41,7 41,4 48,2 74,2 80,0 64,8 80,5 72,7 75,5 71,6 79,9 71,0 78,4 65,5 67,4 W roku 1989 na 1 kg azotu przypadało 0,6 kg P2O5/ha i 0,8 kg K2O/ha. Dziewięć lat później, relacje te kształtowały się odpowiednio jak 1 : 0,35 i 1 : 0,41. Taka struktura zużycia nawozów prowadzi do stopniowego wyczerpania glebowych zapasów potasu (rys. 1.2). 1.3. Zasobność gleb Polski w potas Wyniki badań Okręgowych Stacji Chemiczno-Rolniczych, prowadzone w plony nasion, t/ha 4000 26,6 27,6 28,3 25,2 26,1 27,3 55,8 50,6 56,4 60,8 50,7 45,4 latach 1993 – 1998, a obejmujące 2 910 próbek gleby wykazały, że od 1/2 do 3/4 gleb uprawnych w Polsce mieści się w grupie niskiej lub najwyżej w średniej klasie zasobności w potas. Z tych samych danych wynika, że tylko 24% w Polsce charakteryzuje się zasobnością powyżej średniej. W konsekwencji, uprawa roślin bez jednoczesnego dostatecznego uzupełniania potasu doprowadziła, w wielu regionach kraju, do wyczerpania się zapasów przyswajalnego potasu w glebie do poziomu, Fr 3500 G 3000 2500 Pl - Polska Fr - Francja G - Niemcy PL 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 dawki potasu, kg/ha K2O 100 120 140 Rys. 1.3. Plony rzepaku ozimego a zużycie potasu w niektórych krajach europejskich. 9 Potas – w produkcji roślinnej < 20 20,1 - 30,0 30,1 - 40,0 > 40,1 Mapa 1.2. Zużycie nawozów potasowych w Polsce, rok 2002, przegląd regionalny, kg K2O/ha. który może stać się plonotwórczym czynnikiem w minimum, czyli do stanu zasobności, silnie ograniczającym plonowanie roślin uprawnych. Przykładowo, niedostateczny stan odżywienia rzepaku potasem, w pierwszej kolejności, można obserwować na glebach lekkich, organicznych a w dalszej kolejności średnich (mapa 1.2). 1.4. Nawożenie a plony Na rysunkach 1.3 i 1.4 przedstawiono plony nasion rzepaku ozimego i korzeni buraków cukrowych na tle średniorocznego zużycia potasu przez 10 głównych producentów w Europie. Z analizy obu rysunków jednoznacznie wynika, że średnioroczne stosowanie 24 kg K2O/ha, co miało miejsce w drugiej połowie lat 90-tych XX wieku w Polsce, nie wystarcza do uzyskania wysokich plonów, zarówno oleju, jak i cukru. Dla porównania, we Francji, średnia, roczna dawka potasu w zmianowaniu z obu roślinami kształtuje się na poziomie 80 kg K2O/ha i pozwala uzyskać 3,7 t/ha nasion oraz prawie 70 t/ha korzeni buraków cukrowych. Wskazane na rysunkach wyniki produkcyjne jednoznacznie potwierdzają Akademia Rolnicza w Poznaniu plon korzeni, t/ha 80 F 70 G 60 NL 50 40 F - Francja G - Niemcy NL - Holandia Pl - Polska Pl 30 20 10 0 0 20 40 60 80 zużycie potasu, kg/ha K20 100 120 140 Rys. 1.4. Średnioroczne zużycie potasu w krajach europejskich a plony buraków cukrowych. konieczność utrzymywania poziomu zasobności gleby w potas na wysokim poziomie. Polska z 24 kg K2O/ha nie może uzyskiwać plonów porównywalnych z krajami, które aktualnie stosują 80-100 kg K2O/ha, a przeszłości doprowadziły poziom zasobności gleb w potas do stanów zasobności wysokich i bardzo wysokich. 1.5. Ograniczenia aktualnej prak tyki nawożenia roślin uprawnych Aktualna praktyka nawożenia roślin uprawnych, podlegając silnej presji ekonomicznej, prowadzi do szeregu negatywnych skutków. W przyszłości, zakładając brak racjonalnych działań naprawczych, skutki te mogą zachwiać podstawami produkcji żywności w Polsce. Zagrożenia obejmują kilka obszarów, a mianowicie: 1. Niedostateczne wapnowanie gleb, zwłaszcza pod uprawy wrażliwe, takie jak rzepak, burak cukrowy, pszenica ozima. 2. Zbyt duże oparcie produkcji roślinnej o azot, przy jednocześnie znacznej redukcji nawożenia potasem i fosforem. 3. Fosfor i potas stały się czynnikami ograniczającymi plony roślin uprawnych w Polsce. 4. Niedostateczne wykorzystywanie metod diagnozowania stanu odżywienia roślin. Rolnik nie dokonuje bieżącej korekty poziomu nawożenia azotem, a także magnezem i mikroelementami. 5. Nadmiar azotu przy jednoczesnym niedoborze pozostałych składników pokarmowych nie tylko, że nie sprzyja ilościowemu wzrostowi produkcji, lecz uczestniczy w narastającym problemie środowiskowym obejmującym, a. azotany w żywności; b. azotany w wodach gruntowych, powierzchniowych; c. emisję gazowych związków azotu do atmosfery. 11 Potas – w produkcji roślinnej 6. Niezbilansowane nawożenie podstawowymi składnikami pokarmowymi (N, P, K) zmniejsza odporność roślin na choroby i pogarsza jakość uzyskanego plonu. W podsumowania tego rozdziału można stwierdzić, że w Polsce od roku 1989 zaznacza się narastający wzrost zależności uzyskiwanych plonów od przebiegu warunków pogodowych, co w konsekwencji uniemożliwia racjonalne prognozowanie nie tylko produkcji roślinnej, lecz także całej gospodarki żywnościowej kraju. Ponad 150 lat temu wielki niemiecki uczony Justus von Liebig (1803 – 1873) stwierdził: ... Niedobór każdego pojedynczego składnika pokarmowego jest wystarczający, aby zmniejszyć plon ... . W Polsce prawo to aktualnie brzmi: Niedobór potasu w glebie jest na tyle duży, że nie gwarantuje efektywnego przetworzenia stosowanego azotu w plon. Nie zapewnia wysokiej jakości płodów rolnych a tym samym decyduje o opłacalności produkcji roślinnej (rys. 1.5). Rys. 1.5. Potas, składnik ograniczający plony rzepaku w Polsce, Beczka Liebiga. Fot. 1.1. Kukurydza, objawy suszy, czerwiec 2003. 12 Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 2. Potas w roślinie 2.1. Zawartość i rozmieszczenie Zawartość potasu w roślinach kształtuje się od 1,0 do 6,0%, zależnie od stanu odżywienia, gatunku, organu i wieku (rys. 2.1). W optymalnych warunkach odżywienia potasem, starsze liście zawierają więcej składnika. Natomiast w roślinach niedożywionóych, znacznie bogatsze są organy najmłodsze, aktywne metabolicznie. Wraz z wiekiem rośliny średnia zawartość potasu, odniesiona do suchej masy, się zmniejsza (rys. 2.2). Jednakże, coraz częściej, ze względu na funkcje osmotyczne potasu w roślinie, zawartość tego właśnie pierwiastka odnosi się do stężenia K w soku roślinnym (KH O). Jak zaobserwowano, w roślinach dobrze odżywionych potasem, przez większość okresu wegetacji zawartość potasu, pozostaje na stałym poziomie (rys. 2.3). ). Zakłada się, że ten sposób wyrażenia zawartości pierwiastka, dobrze odzwierciedla ilość potasu dostępnego w glebie. Dla nielicznych roślin uprawnych, głównie traw i zbóż, wyznaczono wartość krytycznego stężenia KH O na poziomie 200 mM. 2 2 2.2. Funkcje potasu w roślinie W roślinie, potas występuje jako jon K+ nie tworząc połączeń organicznych. Pierwiastek ten odgrywa podstawową Akumulacja K, kg/ha Proporcje K faza zbioru (%) 400 350 Kolby 20 Słoma 51 300 250 200 150 Liscie górne 100 50 Liscie dolne 14 15 0 GDD 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Fazy wzrostu V4 V8 V12 VT R1 R2 R5 R6 Źródło: Karlen i in., 1988 Rys. 2.1. Dynamika pobierania potasu przez kukurydzę (plon 7,25 t/ha). 13 Potas – w produkcji roślinnej K, % s.m. 6 5 0 kg/ha N 144 kg/ha N 4 3 2 1 0 60 80 100 120 Dni od siewu 140 160 180 Źródło: Leigh 1989, Methods of K-research in plants, IPI Rys. 2.2. Zawartość potasu w jęczmieniu jarym, jako % suchej masy. K w soku roślinnym, mmol/kg 60 0 kg/ha N 50 144 kg/ha N 40 30 20 10 0 60 80 100 120 Dni od siewu 140 160 Źródło: Leigh 1989, Methods of K-research in plants, IPI Rys. 2.3. Zawartość potasu w jęczmieniu jarym, jako K w soku roślinnym. 14 180 Akademia Rolnicza w Poznaniu rolę w szeregu procesach biochemicznych i fizjologicznych. Funkcje potasu w roślinie obejmują: 1. Procesy osmotyczne: a. wzrost komórek merystema tycznych, b. regulację cyklu dobowego pracy aparatów szparkowych. 2. Aktywację enzymów roślinnych: a. fotosynteza, b. produkcja energii, c. pobieranie jonów z gleby, d. synteza węglowodanów, białek, tłuszczów, e. akumulacja związków organicznych w organach zapasowych. 3. Transport jonów i składników organicznych w ksylemie. 4. Transport związków organicznych i nieorganicznych we floemie. 2.2.1. Wzrost komórek roślinnych. Wzrost komórek merystematycznych jest procesem fizjologicznym najbardziej wrażliwym na niedobór potasu, silnie zależnym od stężenia jonów K+ w komórce. Najważniejsze procesy obejmują: - regulację potencjału osmotycznego komórki merystematycznej, - usuwanie protonów (H+) z cytoplazmy do apoplastu, - aktywację enzymów odpowiedzialnych za syntezę białek. Wzrost komórki rozpoczyna się od rozluźniania wiązań między cząsteczkami celulozy, hemiceluloz i białek z jednoczesnym wydzielaniem jonów H+ do apoplastu. Proces ten prowadzi do depolaryzacji błony cytoplazmatycznej i powoduje wtórny ruch kationów, głównie K+, z apoplastu do komórki (rys. 2.4a). Wzrost koncentracji jonów K+ w wakuoli, w konsekwencji, wywołuje osmotyczny przepływ wody (2.4b), prowadzący tym samym do wzrostu rozmiarów komórki. Powiększenie się komórki, nawet do 30%, wynika ze wzrostu ciśnienia osmotycznego, jakie na jej ściany wywiera wakuola. Działanie jonów K+ w procesach wzrostu rośliny jest wysoce specyficzne. Pierwiastek ten nie może być zastąpiony przez inny, jednowartościowy kation. Pierwszym objawem niedoboru potasu jest więc zahamowa- K+ K+ H2O aniony aniony H2O Ca+ a) aktywny transport jonów do komórki Ca+ W O D A b) transport wody do komórki Rys. 2.4. Potas a proces osmozy. 15 Potas – w produkcji roślinnej nie szybkości wzrostu najmłodszych organów rośliny. W odniesieniu do zaw artości potasu w całej roślinie przyjmuje się, że zjawisko to zachodzi przy zawartości K poniżej 1,0 % (s.m.). 2.2.2. Regulacja aktywności komórek szparkowych i zużycia wody przez roślinę. Gospodarkę wodną roślina reguluje poprzez kontrolę cyklu dobowego aparatów szparkowych (procesy otwierania i zamykania komórek szparkowych – pory w liściach poprzez które roślina pobiera CO2 a także wydala wodę w postaci pary wodnej). Prawidłowe funkcjonowanie aparatów szparkowych warunkuje obecność potasu w komórkach przyszparkowych i procesy przemieszczania się jonów K+ i wody do komórek szparkowych. W warunkach ograniczonej ilości dostępnej wody, jony K+ usuwane są z komórek szparkowych a pory się zamykają. Tym samym zmniejsza się parowanie wody i ograniczone zostają straty wody z rośliny. Niedożywienie pota- sem prowadzi do osłabienia, a nawet do utraty zdolności rośliny do kontroli gospodarki wodnej. 2.2.3. Aktywacja enzymów roślinnych Enzymy są niezbędnymi katalizatorami większości reakcji biochemicznych w roślinie. Aktywność, co najmniej 40 enzymów (niektóre źródła podają nawet 80), takich jak syntetazy, oksydo-reduktazy, dehydrogenazy, transferazy, kinazy warunkuje obecności jonu K+, który zmieniając fizyczny kształt enzymu, aktywuje reakcję i jednocześnie obniża nakład energetyczny rośliny w zachodzącym procesie (rys. 2.5). Ilość jonów K+, zawartych w komórkach roślinnych, decyduje zarówno o liczbie aktywowanych enzymów, jak i o szybkości reakcji enzymatycznych. 2.2.4. Fotosynteza Potas odgrywa podstawową rolę w fotosyntezie i procesach z nią związanych (rys. 2.6). Jony potasu są odpo- Wolna energia Reakcja bez enzymemu Ea Ea Reakcja z enzymemm produkty Rys. 2.5. Potas jako aktywator enzymów roślinnych. 16 Akademia Rolnicza w Poznaniu Fotosynteza, µmol/m2 ·s 30 25 20 Optymalne odżywienie K Niedobór K 15 10 5 0 Dni 13 19 26 Źródło: Cakmak 2002, Feed the soil to feed the people. The role of potash in sustainable agriculture, IPI Rys. 2.6. Wydajność fotosyntetyczna bawełny w zależności od odżywienia potasem. wiedzialne za szereg procesów określanych wspólnym mianem fotosyntezy, a mianowicie: - aktywność aparatów szparkowych - stężenie CO2; - aktywność karboksylazy 1,5 bifosforybulozy, NADPH, ATP – redukcja CO2; - eksport związków organicznych z liści. Niedobór jonów K+ zakłóca fotosyntetyczny proces transportu elektronów. Niedobór K zwiększa aktywność oksydaz NADPH, które aktywują syntezę aktywnych rodników tlenowych, takich jak anion ponadtlenkowy (O2-), nadtlenek wodoru (H2O2), tlen singletowy (1O2), rodnik hydroksylowy (OH.). Obecność tych związków prowadzi do destrukcji komórek liścia, których zewnętrznym objawem są chlorozy i nekrozy (tzw. poparzenia). 2.2.5. Produkcja energii Cukry i ATP (trójfosforan adenozyny) są pierwotnymi produktami fotosyntezy. Cukry ulegają zużyciu w proce- sach oddychania lub zostają przekształcone w inne składniki strukturalne i zapasowe rośliny. ATP, będąc związkiem wysoko-energetycznym, jest niezbędnym źródłem energii dla rośliny. Zarówno produkcja, jak i aktywność ATP zależy od obecności jonów K+. Rośliny z niedoborem potasu zmniejszają, zarówno szybkość wiązania CO2 , jak i produkcję ATP. Jednocześnie wzrasta oddychanie. W konsekwencji zmniejsza się ilość produkowanych cukrów, co zmniejsza tempo wzrostu całej rośliny. 2.2.6. Pobieranie i transport jonów w roślinie Rola potasu najsilniej uwidacznia się w procesie pobierania jonów azotanowych. W cytoplazmie, w następstwie redukcji jonów azotanowych wzrasta koncentracja jonów organicznych, których ujemny ładunek neutralizują jony K+. Część powstałych kwasów organicznych, w formie jabłczanu potasu, roślina transportuje do korzenia. W organie tym jabłczan ulega dekarboksylacji a jon K+ uczestniczy w transpor- 17 Potas – w produkcji roślinnej CO2 LIŚĆ PEP NH3 K + jabłczan K+NO3- floem K+ jabłczan ksylem K+ NO3- transport C do korzeni jabłczan HCO3K+ NO3- K+ NO3- } kwas pirogronowy transport N do liści KORZEŃ Rys. 2.7. Krążenie jonów K+ między organami rośliny (Marschner 1995, modyfikacja). cie jonu NO3- w ksylemie. Stężenie jonów K+ we floemie decyduje o szybkości pobierania także i tego jonu z gleby (rys. 2.7). Niedobór potasu zmniejsza nie tylko pobranie jonów azotanowych, lecz także jonów innych pierwiastków. Niedostateczne zaopatrzenie rośliny w potas zmniejsza także szybkość transportu azotanów, fosforanów, wapnia, magnezu i aminokwasów. 2.2.7. Synteza skrobi, białek, tłuszczów Rośliny produkujące skrobię, białka i tłuszcze wymagają dużej koncentracji potasu w swych tkankach. Synteza białek zachodzi przy koncentracji K+ w cytoplażmie na poziomie 100-150 mM, lecz poniżej tego zakresu szybko się zmniejsza. Maksymalna wydajność innych procesów wymaga dużo mniejszego stężenia jonów K+. Przykładowo syntetaza skrobiowa aktywuje się już w zakresie stężeń K+ w cytoplaźmie od 18 30 do 50 mM. Efektywność tego procesu zależy także od obecności innych kationów jednowartościowych, lecz dominującym jest potas (Li+ < Na+ < NH4+ < Cs+ Rb+ < K+). Niedobór potasu zmienia metabolizm węglowodanowy rośliny, zwiększając akumulację cukrów rozpuszczalnych, prowadzi do spadku zawartości skrobi. W ziemniakach, nadmiar cukrów redukujących wywołuje ciemnienie bulw, a także zwiększa intensywność barwy chipsów, co w obu przypadkach nie jest cechą pożądaną zarówno przez producenta, jak i konsumenta. W roślinach ozimych nadmiar cukrów prostych zmniejsza odporność roślin na działanie niskich temperatur. Niedobór potasu prowadzi do zmniejszenia ilości wyprodukowanego przez roślinę białka i to niezależnie od stopnia odżywienia azotem. 2.2.8. Transport produktów fotosyntezy we floemie Cukry, produkowane w liściach, transportowane są do innych organów. Transport asymilatów jest niezbędny dla utrzymania aktywności metabolicznej i wzrostu rośliny, a także akumulacji związków organicznych w formie zapasowej (węglowodany, białka, tłuszcze). Na każdym etapie procesu transportu, począwszy od komórek mezofilu poprzez transport w rurkach sitowych, po komórki merystemów wierzchołkowych, czy też komórki organów zapasowych, niezbędny jest potas i ATP. Jony K+ dominują we floemie, występując w stężeniu 60-110 mM. Pierwiastek ten, na każdym etapie transportu, jest niezbędny do wytworzenia i utrzymania różnicy stężeń mię dzy donorem a akceptorem asymilatów. Niedobór potasu zwalnia szybkość transportu cukrów w roślinie a tym samym zmniejsza szybkość wzrostu, plon i jakość produktów roślinnych. Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 2.1. Zakres optymalnego stężenia potasu w pełni rozwiniętych liściach roślin uprawnych Rośliny uprawne Zboża Burak pastewny Burak cukrowy Ziemniaki Rzepak Len Soja Bobik Grochy Koniczyna czerwona Lucerna Trawy łąkowe K, % s.m. 2,5-5,5 3,8-7,0 3,5-6,0 5,0-6,6 2,8-5,0 25-35 2,5-3,7 21-28 2,2-3,5 1,8-3,0 2,5-3,8 2,0-3,0 Źródło : (BERGMANN 1992) 2. 3. Objawy niedoboru potasu Rośliny, dobrze odżywione potasem, zawierają od 2,5 do 6,0% K, zależnie od gatunku i fazy rozwoju (tab. 2.1). Niedobór potasu w roślinie ujawnia się: - zwiększoną transpiracją; - utratą turgoru, przyspieszonym więdnięciem (fot. 2.1); - zmniejszoną fotosyntezą; - zmniejszoną integralnością membran cytoplazmatycznych - mniejszą, netto, akumulacją składników pokarmowych. W warunkach przedłużającego się niedoboru potasu w roślinie, na liściach pojawiają się bardziej zaawansowane objawy niedoboru składnika, a mianowicie: - chlorozy dolnych liści. Jony potasu (K+) są bardzo ruchliwe. W stanie niedoboru jony K+ podlegają remobilizacji z liści starszych do organów o większych w danym momen- cie potrzebach metabolicznych. Widoczne symptomy niedoboru potasu pojawiają się jako chlorozy i żółtawe przebarwienia dolnych liści. Objawy te pojawiają się najpierw na wierzchołkach blaszki liściowej, a następnie rozs zerzają wzdłuż jej brzegów, wywołując tzw. oparzenia (fot. 2.2). - nekrotyczne plamy (fot. 2.3 i 2.4), Narastający niedobór potasu prowadzi do przekształcenia oparzeń w nekrotyczne żółtawobrązowe plamy, pojawiające się na wierzchołku i krawędzi starszych liści; brzegi liści natomiast zwijają się i zwisają w dół (fot. 2.5; 2.6). - więdnięcie i obumieranie liści, W ostatnim etapie pogłębiającego się niedoboru potasu liście więdną i obumierają, lecz często pozostają na łodydze. Morfologiczne objawy niedoboru potasu: 1. Spowolniony wzrost rośliny ze słabo wykształconymi źdźbłami: - w sytuacji nadmiaru azotu zachodzi wyleganie (zboża, kukurydza) (fot. 2.7); - mniejsze rozmiary młodszych liści; - słabo rozwinięty system korzeniowy, łatwo atakowany przez choroby głównie zgnilizny; 2. Mniejsza masa całych roślin, karłowacenie, słabym zawiązywaniem bulw przez ziemniaki (fot. 2.8). 3. Zwiększona podatność roślin na niskie temperatury a w przypad- 19 Potas – w produkcji roślinnej ku roślin ozimych wzrost podatności na wymarznięcie. 4. Mniejszy plon, który ponadto charakteryzuje się: a. zboża – drobnymi, pomarszczonymi ziarniakami (fot. 2.9; 2.10); b. kukurydza – słabym uziarnieniem wierzchołka kolby (fot. 2.11); c. rośliny jagodowe, pestkowe – opadanie niedojrzałych owoców; d. niska jakość przechowalnicza (fot. 2.12). Fot. 2.1. Niedobór potasu – więdnięcie roślin buraka cukrowego. Fot. 2.3. Niedobór potasu – krawędziowe poparzenie liści buraka cukrowego. Fot. 2.2. Niedobór potasu – chloroza krawędziowa liści marchwi. Fot. 2.4. Niedobór potasu – ziemniaki. 20 Akademia Rolnicza w Poznaniu Fot. 2.5. Niedobór potasu – kukurydza. Fot. 2.7. Wylegnięty łan pszenicy – niezbilansowanie potasu i azotu. Fot. 2.6. Niedobór potasu – pszenica. Fot. 2.8. Niedobór potasu – Słabe zawiązywanie bulw przez ziemniaki. 21 Potas – w produkcji roślinnej +K pszenica ozima niedobory K: silne Fot. 2.9. Frakcje ziarna pszenicy dobrze odżywionej potasem. średnie brak Fot. 2.11. Potas a zaziarnienie kolb kukurydzy. -K Fot. 2.10. Frakcje ziarna pszenicy niedostatecznie odżywionej potasem. Fot. 2.12. Niedobór potasu – ciemnienie bulw ziemniaka. Fot. 2.13. Burak cukrowy, objawy suszy, sierpień 2003. 22 Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 3. Potas w glebie 3.1. Obieg potasu w środowisku Potas (K) zajmuje siódme miejsce pod względem zawartości w skorupie ziemskiej, średnio 2,4%. Pierwiastek tworzy trzy izotopy 39K, 40K i 41K, stanowiące odpowiednio 93,08%; 0,01%; i 6,91% masy wagowej pierwiastka. Ze względu na łatwe łączenie się potasu z tlenem i wodą, pierwiastek ten nie występuje w środowisku w stanie wolnym, lecz w szerokiej gamie związków nieorganicznych. Wszystkie naturalnie występujące związki potasu w glebie pochodzą z rozpadu i rozkładu : - ortoklazu: KAlSi3O8 10,5% K2O - muskowitu: 10% K2O KAl2(OH)2(AlSi3O10) - biotytu: (HK)2(MgFe)2(AlFe)2(SiO4)3 8,7% K2O - minerałów grupy nefelinu: 20,0% K2O NaKAlSiO4, Krążenie potasu w środowisku jest wysoce specyficzne, gdyż średnio, 9098% składnika znajduje się wyłącznie w postaci mineralnej. Stężenie potasu w roztworze glebowym, podstawowego źródła pierwiastka dla roślin, w tym uprawnych, zależy w dużej mierze od dynamicznej równowagi procesów wiązania (sorpcja, retrogradacja, fiksacja, uwstecznienia) i rozpuszczenia (desorpcja) (rys. 3.1). Ilość potasu związana w mikroorganizmach (w biomasie gleby) w stosunku do całkowitej zawartości pierwiastka w glebie jest nieznaczna. Sucha masa mikroorganizmów glebowych w warstwie 20 cm gleby na 1 ha wynosi około 3000 kg. Jeżeli założymy, że średnio-roczne tempo mineralizacji biomasy kształtuje się na poziomie 0,75% , to otrzymamy około 23 - 45 kg K2O/ha uwalnianego rocznie z tego źródła. Znacznie ważniejszym źródłem potasu są tzw. resztki roślinne, czyli masa organiczna uprawianych roślin pozostawiona po zbiorze plonu głównego na polu. W skład tej masy wchodzą zarówno organy nadziemne, jak i korzenie. Ilość potasu zawarta w tej masie waha się od kilkudziesięciu do kilkuset kg K2O/ha. Potas nie tworząc połączeń organicznych podlega łatwo uwolnieniu, wymyciu. Z tej też przyczyny resztki roślinne, zależnie od sposobu zagospodarowania, stanowią bardzo ważne i cenne gospodarczo źródło potasu dla roślin w zmianowaniu. 3.2. Minerały ilaste Skład chemiczny wtórnych minerałów ilastych bezpośrednio zależy od natury minerałów pierwotnych oraz od rodzaju skały macierzystej, która odgrywa główną rolę w kształtowaniu właściwości chemicznych gleby. Potas odgrywa jedną z kluczowych funkcji w powstaniu minerałów o wyjątkowo dużej powierzchni właściwej. Przykładowo, rozpad miki zwiększa powierzchnię właściwą, uwodnienie oraz pojemność wymienną w stosunku do kationów, lecz jednocześnie prowadzi do spadku zawartości potasu (rys. 3.2). Pod względem strukturalnym, minerały ilaste klasyfikuje się na dwuwarstwowe (1:1; kaolinit), trój-warstwowe (2:1; illit, montmorylonit, wermikulit), cztero-warstwowe (2:1:1; chloryt), bezpostaciowe (o nieokreślonej budowie). Szkielet tych minerałów tworzą krzem i glin. Czworościan krzemowy (tetraedr) tworzą 4 jony O2- otaczające jon Si4+, który może być częściowo podstawiony przez jon Al3+. Glin tworzy strukturę ośmiościanu 23 Potas – w produkcji roślinnej roślina pobieranie nawozy organiczne nawozy mineralne mineralizacja K wymienny K+ K zapasowy K niewymienny wymywanie procesy uwsteczniania jonów K+ w glebie procesy uwalniania potasu z gleby poprzez formy przejściowe do roztworu glebowego jako jony K+ legenda: przemiany K w glebie Formy K w glebie kierunki przemian K w glebie Rys. 3.1. Potas w glebie: składniki bilansu, struktura i procesy. Mika (rozmiar cząstki > 2 µm) Minerały ilaste (rozmiar cząstki < 2 µm) Montmorylonit Mika Uwodniona mika Illit Minerały przejściowe Wermikulit K 10% 6-8% 4-6% ~3% < 1% Wzrost uwodnienia, powierzchni właściwej i kationowej pojemności wymiennej Źródło: Schroeder, (1984) Rys. 3.2. Wietrzenie miki a zawartość potasu we wtórnich minerałach ilastych. 24 Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 3.1. Pojemność wymienna minerałów ilastych i próchnicy Rodzaj materii Kaolinit Chloryt Illit Minerały przejściowe Montmorylonit (Smektyt) Wermikulit Alofany Związki próchniczne PWK, cmol+/kg gleby 5 - 15 10 - 40 20 - 50 40 - 80 80 - 120 100 - 150 do 100 200 - 500 Źródło: Schröder (1984) (oktaedr), w której 6 jonów OH- otacza centralnie ułożony jon Al+3, który może być zastąpiony przez jony Mg2+ i Fe2+ (3+). Zdolność podstawowych minerałów ilastych i próchnicy do wiązania kationów przedstawia tabela 3.1. 3.3. Wymiana i równowaga jonowa potasu Warunki geochemiczne, panujące w glebie (temperatura, woda, odczyn) są z jednej strony siłą napędową rozkładu pierwotnych minerałów ilastych wraz z uwalnianiem związków potasu a z drugiej strony decydują o przyswajalności i dostępności pierwiastków dla świata ożywionego. Jednym z kluczowych czynników rządzących dynamiką jonów K+ w glebie jest woda. Istota procesu wymiany jonów K+, między roztworem glebowym a glebowym kompleksem sorpcyjnym potasu, polega na przemieszczaniu jonów K+ między fazą ciekłą a faza stałą gleby i odwrotnie. To pozornie proste zjawisko jest wyjątkowo ważne w procesie przemian minerałów. Przykładowo w środowisku bogatym w magnez, bogaty w potas illit uwalniając jony K+ do roztworu glebo- wego i jednocześnie adsorbując jony Mg+2, zamienia się w montmorylonit. Procesy wymiany jonów K+ są z natury odwracalne. Można więc założyć, że jeżeli zostanie zakłócony stan równowagi (pobranie potasu przez rośliny, wymywanie) jony K+ będą przemieszczać się z fazy stałej gleby do roztworu glebowego celem ponownego ustalania stanu równowagi między obu fazami. Natomiast, gdy w roztworze glebowym stężenie K wzrasta (nawożenie K) zachodzi proces odwrotny. Stężenie i dostępność potasu w glebie są kontrolowane przez mineralną cześć gleby. Szacuje się, że stężenie potasu w objętości gleby zajętej przez korzenie roślin waha się od 0,5 do 15 kg/ha, czyli jest niewystarczające, aby pokryć wymagania nawet najmniej plonujących roślin. Dla utrzymywania stałego stężenia jonów K+ w roztworze glebowym, potas musi w sposób ciągły się przemieszczać z fazy stałej gleby do roztworu glebowego. Opracowano wiele równań służących do zapisywania procesów wymiany i równowagi potasu w glebie. Do najczęściej używanych należy równanie Gapona (1933). Niżej podano schematy reakcji wymiany jonów o tych samych i różnych wartościowościach. 25 Potas – w produkcji roślinnej A: Reakcje wymiany 1. K+/Na+ ]Na+(s)+K+(Aq)↔ ]K+(s)+Na+(Aq) 2. K+/Ca2+ 2+ + + 2+ ]Ca1/2 (S)+K ↔]K (S)+1/2Ca (Aq) + + 3. K /Al3 3+ + + 3+ ]Al1/3 (S)+K (Aq)↔]K (S)+1/3Al (Aq) B: Zapis stanu równowagi 1. K+/Na+ [K+](S) [K+](Aq) = KG + [Na+](Aq) [Na ](S) + 2+ 2. K /Ca [K+](S) [K+](Aq) = K G [Ca2+]1/2(Aq) [Ca2+1/2](S) + 3+ 3. K /Al [K+](S) [K+](Aq) = K G [Al3+]1/3(Aq) [Al3+1/3](S) wymiany jonowej i równowag jonowych należy uwzględnić siłę jonową (I) roztworu, która jest bezpośrednio związana ze stężeniami jonów: I = 1/2 Σ Ci • Zi2 [7] [1] [2] gdzie: I – oznacza siłę jonową; Ci – stężenie jonów w roztworze (mol/dm3); Zi – wartościowość jonu ”i”. [3] [4] [5] [6] gdzie: K(S), Ca(S), Al(S) równoważnikowy udział kationów K, Ca i Al w glebie (mol/kg), K(Aq), Ca(Aq), Al(Aq) stężenie jonów K, Ca i Al w roztworze glebowym (mol/dm3). KG termodynamiczna stała równowagi Gapona Wartości stałych równowag zależą od jednostek, w jakich wyraża się zawartość jonów biorących udział w reakcji (substraty) oraz w produktach tej reakcji. Jeżeli zawartości wyrażone są w stałych aktywności to definiowane są jako stałe aktywności a jeżeli w stałych stężeniach to jako stałe stężeń. Obecnie, coraz częściej stałe równowag przedstawia się w formie stałych stężeń. Przyjmując taki sposób opisu procesu Wymiana i równowaga jonowa potasu w glebie zależą w znacznym stopniu od pojemności (zdolności) danej gleby do utrzymania stałego tempa dopływu jonów potasu do roztworu glebowego. Pojemność wymienna gleby w stosunku do kationów (PWK) jest tą cechą, której wartość informuje o zdolności układu do potencjalnej wymiany jonów K+ między roztworem gleby a samą glebą. Szacuje się, że w Europie Środkowej, PWK cząstek mineralnych gleb waha się od 40 do 60 cmol+ /kg a cząstek organicznych od 150 do 300 cmol+ /kg (tab. 3.1). Utrzymanie założonej wartości aktywności i stężenia jonów potasu w roztworze glebowym zależy nie tylko od ilości jonów potasu, lecz także od aktywności (i stężeń) jonów wapnia i magnezu. W 1964 roku Beckett przedstawił koncepcję określenia aktywności jonów K+ w układzie roztwór glebowy/faza stała gleby w oparciu o pojemność buforową gleby w stosunku do K (PBCK) oraz o zależność K glebowego do K w roztworze (Quantity/Intensity = Q/I) (rys. 3.3.). W opracowanym równa- Tabela 3.2. Wskaźniki zaopatrzenia roślin w potas Wskaźnik Wartość wskaźnika zaopatrzenia Niedostatecznego 3 Aktywność (mol/dm ) ARK (mol/dm3)1/2 -∆G (KJ/mol) 0,5 x 10 1 x 10-3 14,7 - 16,8 Źródło: Fotyma i Mercik (1992), z modyfikacją 26 -3 Dobrego Nadmiernego -3 0,0 - 1,4 x 10 1 - 5 x 10-3 10,5 - 12,6 5 x 10-3 8,4 Akademia Rolnicza w Poznaniu niu wymiany uwzględnił poza wapniem, także magnez, jako drugi obok wapnia dominujący pierwiastek kompleksu glebowego. [K+] [8] ARK = [Ca2+ + Mg2+]1/2 gdzie: ARK – stosunek aktywności (stężeń), (mol/dm3)1/2 Według tej koncepcji, aktywność równowagowa K jest ilorazem, który odzwierciedla stężenie K w roztworze glebowym, gdy suma Ca i Mg jest wartością stałą. Warunek ten nie może być spełniony w glebie. Pomimo tego zastrzeżenia podjęto próby użycia tej metody do diagnostyki nawozowej gleb (tab. 3.2) Procesy wymiany jonów oraz ustalenie stanu równowagi K, z uwagi na energetyczny charakter tych procesów (ruch jonów), podlegają prawom termodynamiki. Wartość energetyczną procesu wymiany, tzw. wolną energię wymiany K+ między fazą ciekłą a stałą gleby ujmuje zależność: –∆G=2,303RTlogARK [9] gdzie: ∆G – wolna energia wymiany K+ względem Ca2+ i Mg2+, (J/mol); R – stała gazowa (8.31J/K mol); T - Temperatura w ˚K. +∆ (K) Wzrost desorpcji K Y = aX + b AR0 (K) -∆ (K) Wzrost sorpcji K AR(K) K labilny PBC(K) = nachylenie = a z równania Y = aX + b L (Labilne PBC = ----------AR0 (K) gdzie, Y = ±∆ (K) oraz X = AR(K) Rys. 3.3. Zależność między potasem wiązanym (sorbowanym) a jego stężeniem równowagowym w roztworze glebowym. 27 Potas – w produkcji roślinnej 3.4. Formy potasu w glebie Podstawowym celem oznaczania form potasu w glebie jest oszacowanie ilości pierwiastka, rozważanej pod względem przyswajalności dla danej rośliny lub grup roślin. Potas zawarty w roztworze glebowym i w formie wymiennej stanowi główne źródło potasu dla prawidłowego wzrostu roślin. Obie te formy, jak przedstawiono na rys. 3.4, znajdują się w dynamicznej równowadze. Wybór metod analitycznych do oznaczania poszczególnych form potasu w glebie musi uwzględniać podstawowy fakt, że potas występuje w glebie, prawie wyłącznie w formie mineralnej a ilości K+ w roztworze, w formie wymiennej (najważniejsze dla wzrostu) są zbyt małe. Należy także podkreślić, że teoretycznie wydzielone frakcje (formy) potasu w glebie, nie zawsze i nie w pełni pokrywają się z ”siłą” ekstrakcyjną stosowanych roztworów ekstrakcyjnych, ze względu na ich różną selektywność względem potasu (tab. 3.3). Terminologia odniesiona do poszczególnych form potasu glebowego jest bardzo bogata, wywołując tym samym tzw. szum informacyjny. Literatura przedmiotu pozwala rozróżnić nawet do 6 form potasu , a mianowicie: ogólny, rezerwowy, niewymienny, uwsteczniony, wymienny, oraz przyswajalny. Poniżej podano opis poszczególnych form potasu z jednoczesną relacją do form pokrewnych. Potas ogólny (całkowity) określa się jako tą formę potasu, która obejmuje całość potasu w glebie. Zawartość potasu w glebach polskich może wahać się od 130 do ponad 20000 mg K2O/kg gleby. Potas rezerwowy jest to potas pierwotnych i wtórnych minerałów ilastych gleby, występujący w formie niewK mineralny (90-98% K całkowitego) W niezwietrzałych skałach macierzystych Uwolniony dopiero po kilkunastu latach K niewymienny (1-2% K całkowitego) ROŚLINA K-Roztwór K w roztworze glebowym K wymienny (1-2% K całkowitego) Zawarty w minerałach ilastych i próchnicy Uzupełnia K w roztworze Źródło: Korb i in., (2002), z modyfikacja Rys. 3.4. Formy potasu w glebie. 28 Zawarty w minerałach ilastych Uwolniony po kilku latach Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela. 3.3. Wybrane, doświadczalnie techniki stosowane do ekstrahowania przyswajalnej formy potasu w glebie1 Roztwór ekstrakcyjny Podstawowe warunki ekstrakcji 1 0,02M mleczan (lactate) Ca + 0,02M HCl pH 3,7; 1g:50 cm3; 2 godz. Egner (1932) i Riehm (1943) 2 0,05M NaHCO3 pH 8,5; 1g:20 cm3; 30 min. Olsen i in. (1954) 3a 1 M CH3COONH4 pH 7,0; 1g:10 cm3; 30 min. Jackson (1958) 4 0.1M mleczan (lactate) NH4 + 0,4M kwas octowy pH 3,0; 1g:20 cm3; 2 godz. Egner, Riehm i Domingo (1960) 5b 0,2M NaTPB + 1,7M NaCl + 0,01M EDTA 1g:6 cm3; Smith i Scott (1966) oraz Cox i in. (1999) 6 0,05M mleczan Ca + 0,05 octan Ca + 0,03M kwas octowy pH 4,1; 1g:20 cm3; 2 godz. Schuller (1969) 7 Woda destylowana pH 6....7 Van der Pauw (1973) 8 0,0125M CaCl2 1g:10 cm3; 1 godz. Schachtschabel i Heineman (1974) 9 1M NH4HCO3 + 0,005M DTPA pH 7.6; 1g:2 cm3; 15 min. Soltanpur i Schab (1977) 10 2% NaHCO3 + 0,7% (NH4)2SO4 Neikova – Boceva (1977) 11 0,2M octan NH4 + 0,015M NH4F + 0,02M NH4Cl + 0,012M HCl pH 2,90; 1g:10 cm3; 5 min. Mehlich (II) (1978) 12 0,013M HNO3 + 0,015M NH4F + 0,2M kwas octowy + 0,25M NH4NO3 + 0,001N EDTA pH 2,0; 1:10 (v/v); 5 min. Mehlich (III) (1984) 13 0,1M HCl + 0,2 kwas szczawiowy 1g:20 cm3; 1 godz. Metoda standardowa w Holandii 1 Źródło: Mutscher (1995), z modyfikacją; aib inne źródła (patrz Piśmiennictwo) ymiennej. W Polsce za tą formę potasu przyjmuje się potas rozpuszczalny w 20% HCl. Potas niewymienny obejmuje część potasu rezerwowego i zawartego w biomasie gleby. Określony jest także jako potas ”trudno wymienny” lub ”potas nieaktywny”, z uwagi na to, że w procesie ekstrakcji jon K+ nie jest wypierany z fazy stałej gleby przez kationy soli obojętnych. W Polsce za tą formę potasu przyjmuje się potas rozpuszczalny w 1M HNO3. Potas uwsteczniony obejmuje część potasu niewymiennie związanego a pochodzącego głównie z nawozów. 29 Potas – w produkcji roślinnej Odnosi się do jonów K+ przemieszczonych z roztworu glebowego do przestrzeni między-pakietowych minerałów ilastych i tam ”zablokowanych”. Stanowi część składową potasu niewymiennego i rezerwowego. Potas wymienny definiuje potas, który może być wypierany z kompleksu sorpcyjnego gleby różnymi solami (kationami). Do oznaczania tej formy potasu najczęściej stosuje się w 1M CH3COONH4. Ilość ekstrahowanego składnika dobrze odzwierciedla reakcja roślin. Potas przyswajalny definiowany jest często jako potas dostępny lub ruchomy. Najbardziej prawdopodobne oszacowania zawartości tzw. potasu przyswajalnego uzyskuje się metodami wegetacyjnymi. Są one jednak długotrwałe i kosztowne, dlatego szerokie zastosowanie znalazły metody laboratoryjne, chemiczne. W praktyce diagnostycznej potas przyswajalny definiuje się jako ilość składnika ekstrahowaną z gleby specjalnymi wyciągami ekstrakcyjnymi. W Polsce standardową metodą jest procedura według Egnera i Riehma. Należy jednak zaznaczyć, że tylko oznaczenie zawartości potasu przyswajalnego nie dostarcza bezpośrednio określonej informacji diagnostycznej i nie definiuje ściśle potrzeb rośliny. Poszczególne gatunki a nawet odmiany roślin uprawnych różnią się pod względem zdolności pobierania potasu z gleby. Fot. 3.1 Profil gleby bielicowej, uprawnej. 30 Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 4. Nawozy potasowe Potas, pomimo że jest siódmym, pod względem wagowym pierwiastkiem skorupy ziemskiej (2,4%), występuje w dużym rozproszeniu. Oznacza to, że koncentracja pierwiastka w złożach jest generalnie mała. 4.1. Powstanie złóż potasu Złoża soli potasowych dostatecznie bogate w potas, a więc o zawartości składnika pozwalającej na opłacalną ekonomicznie eksploatację, występują w różnych regionach świata. Poza potasem zawierają także sód i magnez. Pierwsze złoża potasu odkryto w Niemczech w roku 1839 koło Strassfurtu. Złoża potasu powstały miliony lat temu, lecz powstają także obecnie, w suchych regionach globu ziemskiego. Hipotezy na temat powstania złóż soli potasowych są dobrze udokumentowane (rys. 4.1). Teoria lagunowa zakłada następujące warunki powsta- Parowanie 4 Słona woda morska 1 Płycizna Duża laguna 2 3 5 Złoża potasu i magnezu Rys. 4.1. Teoria lagunowa powstawania złóz potasu. Philippsthal Fulda Richelsdorf Heringen złoże Hessen złoże Thueringen 0 piaskowiec pstry iłgórny dolomit płytowy ił dolny złoża soli kamiennej i potasowej bazalt 2 4 6 m 400 200 0 -200 -400 -600 -800 8 10 km czerwony spągowiec Rys. 4.2. Przekrój przez złoża soli potasowych, Niemcy. 31 Potas – w produkcji roślinnej nia złoża solnego: 1. Obecność laguny, oddzielonej od otwartego morza barierą. 2. Strefa klimatu ciepłego, suchego, o dużej wartości parowania wody; 3. Systematyczny, lecz w niewielkich ilościach, dopływ słonej wody morskiej do laguny (przypływy morskie). 4. Szybkość parowania wody z laguny przekracza szybkość dopływu świeżej wody morskiej. Wystąpienie wszystkich wymienionych wyżej warunków sprzyja wysyceniu roztworu i krystalizacji soli, a następnie tworzeniu się złoża. Współcześnie takie procesy można obserwować w wielu miejscach na świecie, lecz najsilniej przejawiają się na wybrzeżu Morza Martwego w Izraelu (Fot. 4.2). Tworzenie złóż soli rozpoczyna się od osadzania się na dnie, w spągu złoża, osadów ilastych. Postępujący proces parowania wywołuje cykl sedymentacji, w kolejności tworzących się osadów: węglany (osady wapienne i dolomit) ➞ siarczany (gips i anhydryt) ➞ sole kamienne ➞ sole potasowe ➞sole magnezowe (rys. 4.2). Proces odkładania się osadów ma charakter ciągły, cykliczny, a więc w złożach występują kolejne warstwy różniące się grubością. Okresy geologiczny powstawania złóż są bardzo różne. W wyniku ruchów tektonicznych skorupy ziemskiej pierwotnie powierzchniowe złoża zostały przemieszczone w głąb skorupy ziemskiej i przykryte osadami młodszymi. Tworzą dzisiejsze złoża kopalne, które należy odróżnić od złóż powierzchniowych, solanek. 4.2. Złoża i wydobycie soli potasowych w świecie Zasoby potasu, o dużej wartości eksploatacyjnej, w skali globalnej, sza- 32 Fot. 4.1. Minerały potasu. Akademia Rolnicza w Poznaniu cuje się w bardzo szerokim zakresie od 9 do 120 mld t. Przyjmując dolną wartość oszacowania, zasoby te wystarczą na 350 lat eksploatacji, przy dzisiejszym poziomie rocznego wydobycia. Zasoby podstawowe ocenia się na około 18 mld t (tab. 4.2). Geografia złóż potasu jest bardzo nierównomierna (rys. 4.3). Złoża potasu rozmieszczone są na wszystkich kontynentach, lecz najmniej odkryto w Afryce. Dwa kraje, mianowicie Kanada i Rosja skupiają 70% rezerw podstawowych. W Europie największe rezerwy złóż soli potasowych występują w Niemczech, około 5,3% zasobów światowych. W pozostałych krajów europejskich, takich jak Ukraina, Francja, Hiszpania, czy też Wielka Brytania, rezerwy te są niewielkie. Spośród wymienionych w tab. 4.1 minerałów zawierających potas najważniejszym jest sylwit, wydobywany ze złóż kopalnych jako sylwinit (mieszanina sylwitu i halitu). Karnalit dominuje w złożach izraelskich a kainit we włoskich. Langbainit (siarczan potasowo-magnezowy) ma znaczący udział w złożach amerykańskich. Średnio zawiera 22% K2O, 11% Mg i 22% S. Jest to minerał całkowicie rozpuszczalny w wodzie. Saletra potasowa, w ilościach ekonomicznie opłacalnych, występuje tylko w złożach chilijskich (fot. 4.1). Światowa produkcja potasu, powoli, lecz systematycznie rośnie. W roku 2002 wyniosła 26,7 mln t i w porównaniu do 1997 zwiększyła się o 3%. Głównymi producentami są Kanada, Fot. 4.2. W spółcześnie tworzące się złoża soli, Morze Martwe. 33 Potas – w produkcji roślinnej Rosja Kanada Białoruś USA China Bliski Wschód Tajlandia Laos Ameryka Południowa: Brazylia Chile Argentyna Kongo Wielka Brytania Niemcy Francja Złoża eksploatowane Złoża zinwentaryzowane Hiszpania Rys. 4.3. Geografia złóż potasu. Federacja Rosyjska, Białoruś i Niemcy. Te cztery kraje dostarczają w sumie 76% światowej produkcji potasu, Izrael i Jordania – 12% a pozostałe sześć krajów (Tabela 4.1) 12%. 4.3. Eksploatacja złóż soli potasowych Generalnie wyróżnia się trzy podstawowe technologie eksploatacji złóż soli potasowych, a mianowicie: 1. Kopalnictwo klasyczne 2. Wypłukiwanie soli ze złóż głębinowych, wodą. 3. Powierzchniowe. Klasyczny sposób eksploatacji złóż soli potasowych, dominuje w produkcji surowca i nie odbiega od metod stosowanych w wydobyciu węgla kamiennego. W kopalni soli podstawowe wyposażenie stanowią dwa pionowe szyby, jeden do transportu obsługi a drugi do wywożenia urobku. Do pozyskiwania surowca ze złoża skalnego stosuje się Tabela 4.1. Gospodarczo ważne minerały potasu Minerał potasowy Skład chemiczny Sylwit Sylwinit Karnalit Kainit Langbainit Saletra Polihalit KCl KCl · NaCl, mieszanina obu soli KCl · MgCl2 · 6H2O KCl · MgSO4 · 3H2O K2SO4 · 2MgSO4 KNO3 K2SO4 · 2MgSO4 · 2CaSO4 · 2H2O 34 Zawartość potasu, K2O % 63 20-30 17 19 23 47 16 Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 4.2. Rezerwy i światowe wydobycie potasu, mln t K2O Kraj Rezerwy podstawowe Produkcja, 1997 Kanada Rosja Białoruś Niemcy Brazylia Izrael Jordania Chiny USA Pozostałe2 10 700 2 400 1 100 960 660 640 640 350 260 340 9,3 3,1 2,9 3,5 0,3 1,4 1,3 0,1 1,6 2,4 Łącznie 18 050 25,9 1 Źródło: IFA, 2002; 2 Argentyna, Australia, Dania, Egipt, Kazachstan, Kongo, Laos, Maroko, Meksyk, Nigeria, Pakistan, Rumunia, Polska, Turkmenia, Uzbekistan. różne techniki, od prostych oskardów, poprzez materiały wybuchowe. Powstały surowiec skalny transportuje się na powierzchnię. W eksploatacji wielu złóż, głównie w Kanadzie i USA, sól wypłukuje się ze złoża, wodą. W tej technologii, po zlokalizowaniu złoża wierci się otwory, w które rurami tłoczy się pod ciśnieniem wodę. Woda docierając do złoża solnego wypłukuje i rozpuszcza skałę a powstały roztwór solny, pod ciśnieniem transportuje się na powierzchnię, gdzie następuje jego dalsze zagęszczenie. W gorących regionach świata sole potasowe produkowane są z powierzchniowo występujących osadów lub podpowierzchniowych solanek. W Fot. 4.3a. Maszyna z wiertłami do otworów strzałowych w złożach z pokładami spadzistymi. Fot. 4.3b. Maszyna z wiertłami do otworów strzałowych w złożach z pokładami płaskimi. 35 Potas – w produkcji roślinnej Fot. 4.3c. Duży świder do otworów strzałowych, przełomowych. Fot. 4.3d. Kruszarka do rozdrabniania soli surowej. Fot. 4.3e. Transport soli surowej ładowarką czołową o pojemności do 17 t. 36 Akademia Rolnicza w Poznaniu Fot. 4.4. Fabryka nawozów potasowych w Zielitz, Niemcy. pobliżu zasobów wody słonej (morza, jeziora) tworzy się specjalne, ewaporacyjne osadniki. Parująca z osadnika woda przyspiesza proces koncentracji soli potasu, sodu i magnezu do stopnia możliwego do zastosowania w następnych etapach, to znaczy flotacji i krystalizacji. Metody te są stosowane w USA (Wielkie Jeziora Słone Utah, Jezioro Searles – Kalifornia), Izraelu i Jordanii (Morze Martwe). Metodę termiczną stosuje celem rozdzielnia kryształów NaCl i KCl. Nasycony roztwór chlorku sodu podgrzewa się do 95° C. Drugi ze związków, czyli KCl rozpuszcza się łatwo w tej temperaturze, natomiast NaCl pozostaje w postaci stałej. Uzyskany roztwór usuwa się znad osadu i transportuje przez próżniowe chłodziarki, w których chlorek potasu krystalizuje (rys,. 4.4.). 4.4. Technologie produkcji nawozów potasowych Wyprodukowanie nawozu potasowego o określonym składzie chemicznym i zawartości potasu z soli surowych, wydobytych z kopalni, wymaga zastosowania szeregu, często kosztownych technik. Współczesne technologie można ująć w trzy grupy metod, a mianowicie: 1. Termiczną. 2. Flotację. 3. Separację elektrostatyczną. Proces flotacji zachodzi w temperaturach normalnych. W pierwszym etapie pozyskany ze złoża surowiec mieli się w młynach tak dokładnie, aby doprowadzić do oddzielenia się kryształów soli potasowych od soli chlorkowych. Tak przygotowany surowiec dodaje się do roztworu nasyconego soli. Związek flotacyjny dodany do roztworu otacza kryształy KCl. Jednocześnie podane od dołu powietrze wynosi kryształy na powierzchnię roztworu, tworząc pianę. 37 Potas – w produkcji roślinnej roztwór bazowy zalewa rozpuszczająca podgrzewanie zmielona surowa sól 115°C 25°C rozpuszczanie schłodzony... filtrowanie i suszenie schładzanie filtrowanie roztwór gorący 95°C 256 g/l KCL krystaliczny KCl osad (NaCl i kizeryt) Rys. 4.4. Przetwórstwo surowych soli potasowych – metoda termiczna. 38 Akademia Rolnicza w Poznaniu Zalewa osad (NaCl i kizeryt) środek flotacyjny powietrze filtrowanie roztwór flotacyjny produkt (NaCl) filtrowanie i suszenie koncentrat (kizeryt) Rys. 4.5. Przetwórstwo surowych soli potasowych – flotacja. 39 Potas – w produkcji roślinnej 4.5. Nawozy potasowe Potas występuje w nawozach w różnych formach fizycznych i chemicznych. Kryteria podziału: drobno zmielona sól surowa kondycjonowanie separacja elektrostatyczna przy 120 000 V a. forma fizyczna: - płynne; - stałe: - krystaliczne, zwane pylistymi (różnej barwy i wielkości kryształów); - granulowane (do produkcji blendingów). b. skład chemiczny: - chlorkowe (KCl); - siarczanowe (K2SO4); a także - tiosiarczanowe; - fosforanowe; - węglanowe. c. formulacje nawozowe: a. skład chemiczny: - nawozy proste – sól potasowa, siarczan potasu; - nawozy wieloskładnikowe – blendingi; kompleksowe (PK, NPK); osad (NaCl) koncentrat (KCl + kizeryt) Rys. 4.6. Przetwórstwo surowych soli potasowych metodą separacji elektrostatycznej ESTAR – metoda opatentowana przez K+S KALI GmbH. Elektrostatyczne rozdzielenie soli przeprowadza się na sucho. Proces ten polega na separacji składników zawartych w pozyskanym surowcu w polu elektrycznym. W pierwszym etapie procesu, ujemnie naładowane cząstki soli potasowej (KCl) i kizerytu (K2SO4·H2O) są oddzielane od dodatnio naładowanych składników w separatorze operującym w polu o napięciu 4-5 kV/cm. W drugim etapie procesu, kizeryt jest oddzielany od soli potasowej. Tą technologię stosuje tylko K+S KALI GmbH. 40 b. zawartość potasu: - niskoprocentowe do 25% K2O ); - średnioprocentowe (26 – 40% K2O); - skoncentrowane (powyżej 40% K2O). 4.6. Charakterystyka mineralnych nawozów potasowych 4.6.1. Sól potasowa 60 Nawóz o skoncentrowanej zawartości potasu. Zawiera 60-63% K2O i 4547% Cl. Sól krystaliczna w formie sypkiej lub granulowanej, barwy białej lub czerwonej. Nawóz rozpuszczalny w wodzie, lecz maksymalna koncentracja K2O w roztworze wodnym nie przekracza 10%. W wodzie lepiej rozpuszcza się forma biała. Większe stężenia można Akademia Rolnicza w Poznaniu o dużej zawartości sodu a małej potasu. Zawiera w dużej ilości siarkę i magnez a także mikroskładniki. Przydatny w nawożeniu buraków cukrowych i na użytki zielone, jako źródło sodu. W krajach Unii Europejskiej zalecany w gospodarstwach posiadających certyfikat produkcji ekologicznej. uzyskać w roztworach zawiesinowych z iłem. Zalecany pod wszystkie uprawy tolerancyjne na chlorki. 4.6.4. Siarczan potasu Źródło potasu i siarki. Zawiera 5053% K2O, 18% S i poniżej 2,5% Cl. 4.6.2. Sól potasowa 40 (Korn-Kali) Nawóz potasowy o dużej zawartości potasu. Nawóz granulowany, rozpuszczalny w wodzie. Skład chemiczny sformułowany w taki sposób, aby poza potasem wprowadzić do gleby odpowiednie ilości magnezu, siarki i sodu. Nawóz krystaliczny, rozpuszczalny w wodzie, lecz słabiej niż sól potasowa. Nie jest używany do produkcji nawozów płynnych, poza zawiesinowymi. Polecany w uprawie wszystkich roślin wraźliwych na chlorki. 4.6.5. Siarczan potasowo-magnezowy (Patentkali) Przydatny w uprawie buraków, rzepaku i szeregu roślin wymagających magnezu, siarki a także sodu. Służy także do sporządzania blendingów. 4.6.3. Kainit-magnezowy Nawóz pochodzenia naturalnego, rozpuszczalny w wodzie, granulowany Siarczan potasu wzbogacony w magnez. Nawóz rozpuszczalny w wodzie. Przydatny w uprawie wszystkich roślin wrażliwych na chlorki. W krajach Unii Europejskiej zalecany w gospodarstwach posiadających certyfikat produkcji ekologicznej. 41 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 4.3. Mineralne nawozy potasowe, skład chemiczny, % N P2O5 K2O MgO S Na 1 - - 60 - - - 2 Sól potasowa 40 - - 40 6 4 3 Kainit magnezowy - - 11 5 4 4 Siarczan potasu - - 50 - 18 - Siarczan potasowo-magnezowy - - 30 10 17 - 14 - 44 - - - Ortofosforany potasu - 30-60 30-50 - - - Polifosforany potasu - 40-60 22-48 - - - Nawóz potasowy Sól potasowa 60 Saletra potasowa 1 odniesione do procentowej zawartości potasu w nawozie; 2 Korn-Kali 4.6.6. Saletra potasowa Nawóz o dużej zawartości potasu. Dobrze rozpuszczalny w wodzie. Służy do sporządzania płynnych nawozów potasowych. 4.6.7. Rzadziej spotykane nawozy potasowe W produkcji rolniczej mogą być wykorzystywane także inne związki zawierające potas, a mianowicie: 1. Wodorotlenek potasu (KOH), rozpuszczalny w wodzie. Zawiera 75% K2O. Używany do produkcji płynnych nawozów potasowych. 2. Ortofosforany potasu (KH2PO4; K2HPO4); używane do produkcji płynnych nawozów; mają niski 42 indeks solny, lecz z reguły wysoką cenę. 3. Polifosforany potasu (K4P2O7); używane do produkcji płynnych nawozów fosforowych. 4. Węglany potasu (K2CO3 lub KHCO3). Zawierają odpowiednio 67% i 47% K2O. 5. Tiosiarczan potasu (K2S2O3) jest względnie nowym produktem oferowanym na rynku rolniczym. Zawiera dwa cenne składniki, potas i siarkę w ilościach 25% K2O i 17% S. Dobrze rozpuszcza się w wodzie i stąd używany do produkcji płynnych nawozów potasowych, zwłaszcza bezchlorkowych. Specyficznym sposobem wykorzystania podstawowych nawozów potasowych, soli potasowej lub siarczanu potasu, jest produkcja nawozów kompleksowych PK lub NPK. Zawartość potasu w tych nawozach jest uzależniona od technologii produkcji, lecz generalnie mniejsza niż w surowcach użytych do ich produkcji. Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 5. Pobieranie potasu przez rośliny uprawne 5.1 . Warunki pobierania potasu Spośród kationów, potas jest pierwiastkiem pobieranym przez rośliny w ilościach największych. Ścisłe zdefiniowanie mechanizmów i czynników odpowiedzialnych za proces pobierania potasu, stanowi podstawę efektywnej strategii nawożenia roślin uprawnych. Ilościowo pobieranie potasu przez roślinę uprawną kształtują: - zapotrzebowanie rośliny na potas w fazie intensywnego przyrostu biomasy, - zawartość jonów K+ w roztworze glebowym, - ilość przyswajalnego potasu w glebie, - - - wilgotność gleby, głębokość korzenienia się uprawianej rośliny, a także kolejnych roślin w zmianowaniu, odczyn, zawartość azotu mineralnego w glebie i poziom nawożenia azotem, zawartość pozostałych makro- i mikroskładników w glebie. 5.2. Mechanizm pobieranie jonów K+ przez korzeń rośliny Stężenie jonów K+ w roztworze glebowym waha się od około 10 µM do 10 mM. Średnio, rzadko jednak przekracza 1 mM. Natomiast stężenie składnika w Wiązki przewodzące Włośniki korzeniowe strefa dojrzała Dyfuzja: H2PO4-, K+ Strefa wydłużenia Przepływ masowy: NO3-, Mg2+, Ca2+ Merystem korzeniowy Strefa podziału komórek Czapeczka korzeniowa Intercepcja: Ca2+, H2O Rys. 5.1. Strefy korzenia aktywne w pobieraniu wody i jonów. 43 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 5.1. Względny udział podstawowych procesów fizycznych w akumulacji potasu i innych pierwiastków na powierzchni korzenia kukurydzy1 Pierwiastek Azot Fosfor Potas Wapń Magnez Siarka Żelazo Mangan Cynk Miedź Bor Molibden Pobranie g/m2 Mechanizm przemieszczania się pierwiastków, % Intercepcja Przepływ Dyfuzja przez korzeń masowy 19,0 4,0 20,0 4,0 4,5 2,2 0,2 0,03 0,03 0,01 0,02 0,001 1 2 2 150 33 5 - 79 4 18 413 244 95 53 133 33 400 350 200 20 94 80 0 0 0 0 0 0 0 1 Źródło : Clarkson 1985 roślinie waha się od 100 do 200 mM. O odżywieniu rośliny potasem decyduje szybkość przemieszczania się jonów K+ z gleby w kierunku korzenia, czyli do organu pobierania składników pokarmowych przez roślinę z gleby. Przemieszczanie się jonów K+ z określonego miejsca gleby na powierzchnię korzenia opisują trzy podstawowe procesy fizyczne (rys. 5.1), a mianowicie - kontakt bezpośredni (udział tego procesu kształtuje się w zakresie do 5% wartości pobrania całkowitego), - przepływ masowy (od 5% do 100%, średnio 20%) - dyfuzja (proces dominujący, do 80%) (tab. 5.1). Roślinę można traktować jako swoisty akceptor biologiczny, który akumulując potas w swej biomasie, wywołuje ruch jonów K+ w kierunku korzenia. Ze względu na fakt, że stężenie jonów K+ w roztworze glebowym jest generalnie niskie, procesy akumulacji składnika w 44 roślinie prowadzą do spadku stężenia składnika w obszarze kontaktu korzenia z glebą (rys. 5.2). Strefę gleby wokół korzenia, z wyrażnie zaznaczonym spadkiem koncentracji potasu, określa się mianem strefy wyczerpania (B). Rozmiar powstałej strefy definiują dwie zmienne, a mianowicie, - wartość dyfuzji efektywnej jonów K+ w glebie, - okres eksploatacji gleby przez korzeń. Występujące zależności opisują równania: [1] F = Deff ·dc/dr+v·C1 B = (Deff ·t)1/2 [2] Deff = Dw ·θ·f/b [3] gdzie, F Deff dc/dr C1 t - przepływ jonów K+ w kierunku korzenia, mol/cm2 korzenia·s - współczynnik dyfuzji efektywnej jonów K+ w glebie, cm2/s - gradient koncentracji K+ [zmiana kon centracji K+ (dc) w odległości od korzenia (dr)] - koncentracja K+ w roztworze glebowym, mol/kg - czas, dni Akademia Rolnicza w Poznaniu strefa wzrostu korzenia dyfuzja strefa wyczerpania dla K+ Rys. 5.2. Korzeń i strefa wyczerpania gleby z potasu. D1 θ f b - współczynnik dyfuzji K+ w wodzie, cm2/s - wilgotność objętościowa gleby, cm3 /cm3 - współczynnik drożności porów glebowych, - pojemność buforowa gleby względem K+, mol/kg Szybkość pobierania jonów K+ przez roślinę, ściślej przemieszczania przez błonę cytoplazmatyczną, jest funkcją: 1. Zapotrzebowania na potas przez pędy nadziemne. Szybkość przepływu potasu z korzenia do pędu nadziemnego, reguluje szybkość przemieszczenia jonów K+ z komórek korzenia do ksylemu. 2. Stężenia K+ w wakuoli. Decyduje o szybkości przemieszczania jonów z apoplastu do cytoplazmy. W komórce, stężenie K+ w cytoplaźmie pozostaje na względnie stałym poziomie. 3. Szybkości przemieszczania jonów przez błonę cytoplazmatyczną, która kształtuje się w odwrotnej relacji do stężenia jonów K+ w środowisku wzrostu, zakładając stałe stężenie potasu w komórce. Badania przeprowadzone przed ponad 40-laty przez Epsteina i współpracowników (1963) wykazały, że pobieranie jonów K+ ma, co najmniej charakter dwufazowy. Dynamikę pobierania można opisać za pomocą krzywych hiperbolicznych (rys. 5.3). Przebieg krzywych, zależny od zawartości jonów K+ w roztworze wskazuje na stan odżywienia rośliny potasem, zależnie od stężenia K+ w roztworze. Obie fazy odróżniają się parametrami kinetyki pobierania jonów K+ . Pierwsza krzywa, tzw. izoterma dużego powinowactwa do jonów K+ (ang. high affinity transport system) opisuje mechanizm pobierania jonów K+ z roztworów o niskim stężeniu potasu. Druga krzywa, tzw. izoterma niskiego powinowactwa (ang. low affinity transport system) opisuje procesy pobierania potasu z roztworów o wysokim stężeniu jonów K+. Zdolność rośliny do uruchomienia dwóch, tak różnych kinetycznie, systemów pobierania jonów K+ z gleby, stanowi jeden z najbardziej zadziwiających przykładów adaptacji roślin lądowych do zróżnico- 45 Potas – w produkcji roślinnej pobranie, mM/m2/s 40 duże powinowactwo niskie powinowactwo 30 20 10 0,5 1,0 25 koncentracja K+, mM/L 50 Rys. 5.3. Ogólny model pobierania potasu przez rośliny (źródło: Chrispeels et al. (1999); modyfikacja). wanych warunkach wzrostu, ściślej zaopatrzenia w skadniki pokarmowe (rys. 5.4). Kinetykę pobierania jonów K+ przez korzeń rośliny z roztworów o stężeniu poniżej 1 mM opisuje równanie kinetyki Michaelisa-Mentena (ryc. 5.5): Vmax (C – Cmin) V= Km + (C – Cmin) gdzie, V - netto pobranie jonów, nmol/cm korzenia·h; Vmax - maksymalna szybkość pobierania jonów, µM/cm· s Km - współczynnik powinowactwa rośliny do jonu; stężenie K+ w roztworze, gdy V = 0,5 ·Vmax, µM/cm3 5.3. Czynniki definiujące pobieranie jonów K+ z gleby Modelowe studia nad pobieraniem jonów K+, odniesione do warunków naturalnych, wskazują na dynamikę wzro- 46 stu systemu korzeniowego, jako podstawowy czynnik określający pobieranie potasu z gleby a dopiero w dalszej kolejności na stężenie jonów potasu w glebie. Kolejność obu czynników sugeruje kierunki działania praktycznego, które obejmują procesy: - usunięcia działania czynników ograniczających szybkość wzrostu korzeni w glebie; - uzupełnienia stężenia jonów K+ w roztworze glebowym. Warunki ograniczające pobieranie potasu przez rośliny uprawne z gleby: - niska temperatura; - niedobór wody, susza glebowa i fizjologiczna; - obecność zagęszczonych warstw w strefie ukorzenienia się rośliny; - niedostateczne odżywienie rośliny fosforem i azotem; - zbyt niski lub zbyt wysoki odczyn gleby; Akademia Rolnicza w Poznaniu K+ K+ białko kanalowe APOPLAST H+ pompa protonowa nośnik białkowy wysoki membrana cytoplazmatyczna ATP K+ K+ H+ ADP niski potencjal elektrochemiczny CYTOPLAZMA Rys. 5.4. Transport potasu do komórki rośliny. Rośliny pobierają potas bezpośrednio z roztworu glebowego w formie jonu potasowego (K+). Dostępność składnika kształtuje szereg naturalnych i agrotechnicznych czynników. Do najważniejszych zaliczają się: 5.3.1. Wilgotność – zawartość wody w glebie Wyższy poziom dostępności wody w glebie prowadzi, z reguły, do zwiększonego pobrania potasu, gdyż większa wilgotność gleby ułatwia ruch jonów K+, czyli wzmaga dyfuzję potasu w kierunku korzenia rośliny. W praktyce rolniczej, wykorzystanie tego fizycznego procesu, sprowadza się do kontroli koncentracji jonów K+ w glebie. Intensywne nawożenie potasem, w niekorzystnych warunkach wodnych, zwiększa stężenie jonów K+ w roztworze glebowym. Tym samym umożliwia lepsze zaopatrzenie rośliny w potas, co skutkuje zmniejszeniem straty plonu. 5.3.2. Powietrze Nadmierna wilgotność gleby prowadzi do niedoboru tlenu i w konsekwencji do zmniejszonego pobrania potasu. Niedobór tlenu w glebie wynika nie tylko z nadmiaru wody, lecz także z nadmiernego zagęszczenia niektórych warstw gleby, w których korzenie roślin uprawnych nie rosną, a także z samej aktywności rośliny, która zużywa tlen do oddychania. Warunkiem dostatecznego zaopatrzenia roślin w tlen jest odpowiednia uprawa roli, włącznie ze wzruszaniem warstw podornych (głęboszowanie). 5.3.3. Temperatura Wzrost temperatury gleby zwiększa szybkość reakcji chemicznych w gleVmax V 1/2 Vmax KM Koncentracja składnika na korzeniu Rys. 5.5. Kinetyka pobierania potasu przez rośliny – model MichaelisaMentena, opis w tekście. 47 Potas – w produkcji roślinnej bie, aktywność korzeni, a zwłaszcza szybkość reakcji biochemicznych w roślinie. Wszystkie te procesy prowadzą do szybszego pobierania potasu. Optymalna temperatura pobierania potasu przez rośliny uprawne kształtuje się w zakresie 15 – 25° C. W niższych temperaturach gleby tempo pobierania potasu ulega znacznemu zmniejszeniu. 5.3.4. Glebowy kompleks sorpcyjny Wielkość glebowego kompleksu sorpcyjnego określa zawartość cząstek ilastych i próchnicy. Im większa, tym więcej jonów K+ zwiąże gleba. Zadaniem rolnika jest zwiększanie wielkości tego naturalnego zasobnika składników pokarmowych gleby. Najprostszym, w zasadzie jedynym praktycznie możliwym do realizacji sposobem, jest nawożenie organiczne. 5.3.5. Głębokość korzenienia się roślin uprawnych Potas występuje nie tylko w warstwie ornej gleby, lecz w znaczących ilościach także w warstwach głębszych. Pomimo, że dostępność potasu zmniejsza się, najczęściej z głębokością ukorzenienia się rośliny, to zasoby składnika w warstwach podornych są niezwykle ważne, głównie w okresie pełnej wegetacji rośliny. Zasoby potasu w głębszych warstwach gleby odgrywają ważną plonotwórczą rolę, zwłaszcza w sytuacji, gdy występują susze atmosferyczne. Roślina bowiem może korzystać z tych zasobów, pod warunkiem, że nie występują zarówno naturalne, jak i agrotechnicznie ograniczenia. Przykładowo, wywołane obecnością warstw zagęszczonych, czy też zakwaszeniem. Brak tych ograniczeń pozwala roślinie korzystać z rezerw potasu. 5.4. Współdziałanie K+ z innymi składnikami mineralnymi Potas jest powszechne uznawany 48 za składnik pokarmowy, który wpływa na wzrost rośliny współdziałając z innymi pierwiastkami, składnikami pokarmowymi. Nie wszystkie możliwe do określenia współdziałania, zwłaszcza w warunkach polowych, zostały naukowo potwierdzone. Podane poniżej przykłady winny być co najmniej zauważone przez rolników, gdyż w decydującym stopniu określają zbierane plony. 5.4.1. Potas - azot Jest to jedna z najważniejszych relacji metabolicznych zachodząca między pierwiastkami i w znacznym stopniu definiująca wzrost, i przyszły plon uprawianej rośliny. Większa dostępność potasu oznacza większą efektywność plonotwórczą azotu. Zjawisko to ma niezwykle duże znacznie w okresie wiosennego ruszenia wegetacji roślin ozimych, a jeszcze większe w fazach intensywnego wzrostu każdej rośliny uprawnej. Relacje między potasem a azotem są bardzo złożone, gdyż uwzględniają także rodzaj jonu zawierającego azot. Współdziałanie azotu z potasem rozpoczyna się od kontroli procesu pobierania azotanów przez korzenie. Azotany pobierane przez korzenie są następnie transportowane wraz z potasem do liści celem redukcji, a następnie są zużywane do produkcji białek. Jednocześnie, w liściach wytwarzany jest kwas jabłkowy, które częściowo w formie jabłczanu potasowego przemieszczany zostaje do korzeni. W ten sposób cykl pobierania azotu się powtarza (rys. 2.9). Niedobór potasu, ogranicza transport azotanów, zmuszając niejako roślinę do częściowej ich redukcji w korzeniach (rys. 5.6). W rezultacie w korzeniach akumulują się nisko-cząsteczkowe białka, łatwo przyswajane przez patogeny. Akumulacja tych związków w korzeniach, w warunkach dostatecznego zaopatrzenia w azot, lecz przy jednoczesnym niedostatecznym dopływie Liście Akademia Rolnicza w Poznaniu Duży plon Dobra jakość Mały plon Słaba jakość Szybkie działanie N Wolne działanie N System korzeniowy K+ C K+ N Szybkie pobieranie i przemieszczanie N Duże pobieranie N K+ C K+ N Akumulacja azotu Ograniczone pobieranie N zasobność gleby w potas a. dobra b. niska Rys. 5.6. Reakcja rośliny na nawożenie azotem na tle zasobności gleby w potas. Źródło: Marschner i in., 1996 (modyfikacja). potasu, jest dla rośliny sygnałem do ograniczenia pobierania azotu. W praktyce rolniczej proces ten oznacza zmniejszone działanie azotu zastosowanego w nawozach. Ponadto, o ile między jonami K+ a NO3- zachodzi synergizm, tak między jonami K+ a NH4+ antagonizm. Z tym, że to ostatnie zjawisko ma charakter jednostronny, a mianowicie jony amonowe (NH4+) zmniejszają pobieranie jonów K+. Wywód ten podkreśla brak sensowności nawożenia roślin uprawnych dużymi dawkami azotu przy jednocześnie zbyt niskim poziomie odżywienia roślin potasem. 5.4.2. Potas – fosfor Oba składniki są odpowiedzialne za główne procesy fizjologiczne roślin. Oba określane są mianem pierwiastków warunkujących tzw. minimum wzrostu. Fosfor poprzez dodatni wpływ na wzrost korzeni zwiększa pobieranie wody i innych pierwiastków, w tym potasu. 5.4.3. Potas – wapń Regulacja pobierania przez rośliny kationów K+ i Ca2+ zależy od zawartości jonów wapnia i odczynu gleby. Najlepsze, dodatnie relacje między obu składnikami występują w zakresie 49 Potas – w produkcji roślinnej % maksymalnego pobraniania 140 120 100 80 Składniki N K 60 40 20 0 29-05 18-06 8-07 28-07 17-08 6-09 dni kalendarzow e 26-09 16-10 5-11 Rys. 5.7. Dynamika pobierania azotu i potasu przez burak cukrowy. odczynu gleby (mierzony w 1 M KCl) od 5,5 do 7,2. W zakresach, zarówno poniżej, jak i powyżej, następuje zakłócenie pobierania jonów K+. W dolnym zakresie pobieranie K+ ograniczają kationy glinu a w górnym właśnie wapnia. 5.4.4. Potas i magnez Wzajemne relacje między potasem a magnezem są znacznie bardziej skomplikowane, niż wyżej wymienione pierwiastki. Zakładany najczęściej antagonizm między obu jonami można uznać za zbyt duże uproszczenie. Rośliny rosnące w glebie o dobrej zasobności w potas i magnez, pobierają azot w większych ilościach. 5.4.5. Potas i mikroelementy Przyjmuje się, że kation K+ występuje jako antagonista kationów cynku, manganu, żelaza i miedzi. Jednakże tylko rośliny dobrze odżywione potasem reagują dodatnio na nawożenie tymi mikroskładnikami. 50 5.5. Dynamika pobierania K przez rośliny Potas, od początku rozwoju rośliny uprawnej, jest podstawowym składnikiem pokarmowym większości roślin. Wynika, to (przedstawiono w rozdziale 2) z różnorodności pełnionych przez ten pierwiastek funkcji, w tym związanych ze wzrostem komórek merystematycznych. Jest to bowiem pierwiastek warunkujący plonotwórcze działanie azotu. Przedstawiona na rys. 5.7. krzywa względnej akumulacji potasu w roślinach buraka cukrowego, jednoznacznie wskazuje na przewagę ilościowego pobrania potasu nad azotem. Taki kształt krzywych dynamiki pobierania potasu odnotowano dla wielu roślin uprawnych, w tym pszenicy, rzepaku, ziemniaków, itd.. W fazie intensywnego wzrostu, dzienne zapotrzebowanie rośliny uprawnej na potas waha się kilku do kilkunastu kg/ha. Przykładowo, burak cuk- Akademia Rolnicza w Poznaniu rowy, w drugiej połowie czerwca i w lipcu może osiągać wartości w zakresie 8-15 kg K/ha/dzień. Rzepak ozimy w okresie strzelania w pęd pobiera 3-7 kg K/ha/dzień. Jednakże w roślinie od początku kwitnienia, niezależnie od gatunku, zachodzi systematyczny spadek ilości zakumulowanego potasu, na tyle duży, że tzw. pobranie końcowe tego składnika jest mniejsze niż pobranie maksymalne. Z tej też przyczyny obliczanie dawki potasu nawozowego w oparciu o tzw. pobranie końcowe, czyli przeprowadzone w czasie zbioru, jest obarczone błędem, rzędu 1/4-1/3. Fot. 5.1. Burak cukrowy – wyznacza poziom zasobności gleby w potas. 51 Potas – w produkcji roślinnej Rozdział 6. Potas a stresy Termin stres (łac. stringere - wymuszać reakcję) funkcjonuje w różnych dziedzinach życia, w tym w rolnictwie. Termin ten definiuje zarówno czynnik działający na organizm (czynnik stresowy), jak i reakcję organizmu (reakcja stresowa, stan stresowy). W rolnictwie, w produkcji roślinnej, ze względu na źródło stresu, czynniki stresowe dzieli się na dwie grupy, a mianowicie, - abiotyczne; - biotyczne. 6.1. Stres-plon – potas Roślina uprawna w okresie wegetacji podlega oddziaływaniu stresów. Rodzaj czynnika stresowego, długość jego działania wywołuje określone reakcje stresowe, z których w produkcji roślinnej najważniejszym jest spadek plonu użytkowego. Ważnym elementem efektywnej strategii nawożenia jest termin ujawnienia się reakcji stresowej. Generalnie, im wcześniej działanie stresu się ujawni i dłużej działa, tym głębsze wywołuje skutki produkcyjne, czyli spadek plonu. Wczesne i poprawne rozpoznanie czynnika stresowego stanowi podstawę do podjęcia działań zapobiegawczych, naprawczych. Zadania te, postawione przed rolnikiem polegają na opracowaniu takiej technologii uprawy, w tym przypadku strategii nawożenia, która umożliwi zmniejsze- nie skutków reakcji stresowej. Interpretacja krzywych wzrostu rośliny uprawnej pozwala na rozpoznania krytycznych faz rozwojowych roślin uprawnych, zwłaszcza dla tych pierwiastków, które decydują o plonie w fazie intensywnego wzrostu biomasy rośliny (tzw. faza liniowa, rys. 6.1; tab. 6.1). Można postawić tezę, że faza intensywnego wzrostu rośliny odniesiona głównie do zaopatrzenia w potas, jest krytyczna dla przyszłego plonu uprawianej rośliny. 6.2. Stresy abiotyczne Stresy pochodzenia abiotycznego obejmują szeroką gamę czynników stresowych, w tym światło, temperaturę, wodę, składniki pokarmowe, itd., a więc grupę czynników jednocześnie będących czynnikami wzrostu rośliny. Działanie wszystkich tych czynników w istotnym stopniu zależy od odżywienia roślin potasem. 6.2.1. Stres świetlny a objawy niedoborów potasu Klasyczne objawy niedoboru potasu w roślinach przejawiają się krawędziową chlorozą, która w zaawansowanym stadium przechodzi w nekrozę. Objawy te często opisuje się jako tzw. poparzenia liści (fot. 2.3; 2.4). Zjawisko to jest przejawem zakłócenia procesów Tabela 6.1. Krytyczne fazy odżywienia podstawowych roślin uprawnych potasem Roślina uprawna Krytyczne fazy rozwoju Zboża Rzepak Burak cukrowy Ziemniak Kukurydza Groch Strzelanie w źdźbło – kłoszenie Rozeta – kwitnienie Druga para liści – połowa sierpnia Kwitnienie – zawiązywanie bulw – wzrost bulw Piąty liść – kwitnienie Do początku kwitnienia pędu głwnego 52 Akademia Rolnicza w Poznaniu Kumultatywny wzrost rośliny (pędy lub korzenie) wzrost ciągły stres wegetatywny reproduktywny dojrzałość Fizjologiczny wiek rośliny Rys. 6.1. Stresy a wzrost rośliny w okresie wegetacji. Tabela 6.2. Krytyczne fazy rozwoju głównych roślin uprawnych ze względu na stres wodny1 Roślina uprawna Krytyczne fazy rozwoju Symptomy stresu wodnego Zboża Strzelanie w źdźbło – kłoszenie – kwitnie – początek dojrzewania Ciemnozielona barwa, przypalenie dolnych liści Kukurydza Dwa tygodnie przed rozwinięciem wiechy, poprzez kwitnienie, aż do wypełnienia ziarniaków Zwijanie się liści przed południem, ciemnozielony kolor liści Ziemniak Do kwitnienia, formowania bulw, aż do zbioru Więdnięcie liści podczas upalnych dni Burak cukrowy Przyrost wtórny korzenia – do połowy sierpnia Więdnięcie liści podczas upalnych dni 1 Źródło: Doorenbos et al., 1977) fotosyntezy, w następstwie którego pojawiające się reaktywne związki tlenu wywołujące destrukcję błon cytoplazmatycznych komórek miękiszu palisadowego liści (szczegóły, rozdział 2). 6.2.2. Stres termiczny – wymarzanie roślin Fizjologiczna rola temperatury w środowiska wzrostu rośliny sprowadza się do oceny działania niskich temperatur, zarówno w fazie spoczynku roślin (zimowanie), jak i w okresie wegetacji (przymrozki), które mogą prowadzić do śmierci organizmu. Podatność roślin w dużym stopniu wynika z zawartości i form związków cukru w roślinie. Potas zwiększając syntezę skrobi obniża punkt zamarzania soku roślinnego komórki. 53 Potas – w produkcji roślinnej 6.2.3. Stres wodny – niedobór wody Rola potasu w kontroli gospodarki wodnej roślin stanowi o wadze tego pierwiastka w nawożeniu roślin uprawnych. W regionach świata, w których wzrost roślin uprawnych w dużym stopniu zależy od przebiegu pogody w sezonie wegetacyjnym, wytworzenie i ochrona plonu wymaga: - efektywnego gospodarowania wodą zarówno z zapasów zimowych, jak i z opadów bieżących; - wypracowania regionalnej, a nawet lokalnej strategii uprawy (gospodarstwo, pole) umożliwiającej uprawianej roślinie efektywne korzystanie z zawartej w glebie i pobranej przez nią wody. Realizacja obu celów jest możliwa przez szczegółowe rozpoznanie zarówno krytycznych faz odżywienia potasem, jak i krytycznych faz zapotrzebowania roślin uprawnych na wodę. Porównanie obu faz krytycznych wykazuje dużą zbieżność (tab. 6.1. i 6.2). Można założyć, że gospodarka wodna roślin uprawnych jest ściśle związana z zaopatrzeniem w potas. W latach określanych umownie za optymalne pod względem warunków wodnych, intensywny przyrost biomasy wymaga zarówno dobrego zaopatrzenia w azot, jak również w potas, który warunkuje pobieranie azotanów. W latach umownie określanych jako suche, wzrost rośliny zależy głównie od odżywienia potasem, gdyż tylko wówczas roślina może efektywnie kontrolować transpirację. Niedobór wody w środowisku wzrostu rośliny nie wywołuje natychmiastowych, ujemnych, skutków produkcyjnych. Reakcja rośliny na niedostateczne zaopatrzenie w wodę ujawnia się stopniowo, na różnym poziomie organizacji organizmu, a mianowicie: - 54 molekularnym (komórka); - tkankowym, organowym (liście, korzenie); całej rośliny. Zmiany zachodzące w komórce obejmują szereg procesów biochemicznych, które pojawiają się kolejno wraz ze wzrostem natężenia stresu wodnego i prowadzą do : - zahamowania wzrostu komórek merystematycznych; przyspieszonej budowy ściany komórki; spadku aktywności reduktazy azotanowej; spadku syntezy białek; depresji fotosyntezy; wzrostu oddychania ciemniowego; akumulacji specyficznych białek, proliny; akumulacji cukrów. Pierwszym objawem stresu wodnego, nawet przy niewielkiej utracie turgoru (0,1-0,2 MPa), jest zmniejszenie się szybkości wzrostu komórek. W komórkach merystematycznych i komórkach strefy wydłużania jony K+ są niezbędne w procesie wzrostu ściany komórkowej. W tej specyficznej funkcji jon ten nie może być zastąpiony przez inne kationy, co jest natomiast możliwe w organach dojrzałych rośliny. W konsekwencji zahamowania wzrostu komórek następuje zmniejszenie powierzchni liścia, lecz pomimo działania stresu roślina jest w stanie wiązać CO2 (rys. 6.2). Fizjologiczne i morfologiczne (widoczne) objawy stresu wodnego) wynikają ze zmian w stanie hormonalnym rośliny, gdyż następuje: - wzmożona synteza kwasu abscysynowego (ABA), zmniejszony dopływ cytokinin Akademia Rolnicza w Poznaniu umol CO2/m2·s 50 45 kontrola niedobór K 40 35 30 25 20 15 10 5 0 niska Źródło: Gupta et al., 1989 umiarkowana duża intensywność stresu wodnego Rys. 6.2. Wiązanie CO2 przez liść pszenicy w warunkach narastającego stresu wodnego. (w konsekwencji indukcja procesu zamykania aparatów szparkowych i przyspieszone starzenie się liści); - wzrost produkcji etylenu, który powoduje: - zamykanie aparatów szparkowych; - redukcję asymilacji CO2, - opadanie liści i owoców. Reakcja rośliny następuje sukcesywnie, objawiając się w kolejnych etapach: a. zakłóceniem rytmu dobowego aparatów szparkowych (więdnięcie starszych liści); b. zwijaniem się liści (fot. 1.1); c. zmniejszeniem się powierzchni liści i powierzchni asymilacyjnej rośliny; d. wzmożonym, lecz tylko początkowo, wzrostem systemu korzeniowego; e. zawężeniem stosunku korzenie/pędy nadziemne. Pogłębiający się stres wodny przejawia się zahamowaniem wzrostu liści a w dalszej kolejności całej rośliny. Niedobór wody zmienia nie tylko proporcje organów, lecz także zakłóca rozwój całej rośliny, gdyż następuje: - przyspieszone kwitnienie roślin jednorocznych i opóźnione wieloletnich; - wzmożone opadanie liści, zawi ązków kwiatów, kwiatów i owoców; - redukcja plonu (zależna od terminu wystąpienia suszy) (fot. 2.13). 6.2.4. Potas a stres wodny Anty-stresowe działanie potasu przejawia się w wieloraki sposób, wynikając głównie z funkcji tego składnika mineralnego w metaboliżmie rośliny. Wydzielić można kilka specyficznych funkcji potasu, które mogą mieć duże znaczenie gospodarcze: 55 Potas – w produkcji roślinnej 1. Stężenie potasu w roztworze glebowym Potas wprowadzony do gleby w formie nawozu mineralnego, czy też organicznego w pierwszej kolejności uzupełnia zasoby roztworu glebowego. Spadek zawartości wody w glebie wydłuża drogę dotarcia jonów K+ do powierzchni korzenia. Tym samym system korzeniowy rośliny nie zawsze jest w stanie zaopatrywać organy nadziemne, zgodnie z ich potrzebami metabolicznymi. Potas, w pierwszej kolejności, jest niezbędny roślinie do utrzymania turgoru w ksylemie, co umożliwia efektywne zaopatrzenie organów nadziemnych w wodę a jednocześnie służy schładzaniu organizmu. Prawidłowe zaopatrzenie rośliny w potas wymaga zwiększonego stężenia składnika w roztworze glebowym (rys. 6.3.). Susze glebowe są najbardziej niebezpieczne w fazie intensywnego wzrostu rośliny, w której krytycznymi do wzros- tu są zarówno woda (tab. 6.2), jak i potas (tab. 6.1). 2. System korzeniowy Pędy nadziemne rośliny i korzenie pozostają w stanie funkcjonalnej równowagi, wyrażonej, między innymi, wielkością masy zakumulowanej w obu częściach organizmu. Zmniejszająca się zawartość wody w glebie skutkuje uruchomieniem się szeregu mechanizmów biochemicznych i fizjologicznych rośliny, które wywołują zmiany w relacji przepływu asymilatów między organami rośliny. W początkowej fazie niedoboru wody, roślina z powodu zmniejszającego się zapotrzebowania na produkty asymilacji przez organy nadziemne, zwiększa ich transport do korzeni, inwestując tym samym w system korzeniowy. W procesie transportu asymilatów we floemie niezbędne są jony K+. Korzenie roślin dobrze odżywionych potasem, w następstwie pogłębiającego się nie- stężenie K, uM/l 700 600 500 warzywa ziemniaki 400 burak cukrowy 300 rzepak 200 100 zboża 0 0 1 Źródło: Johnston in. (1998) 2 3 gęstość korzeni, cm/cm3 4 5 6 Rys. 6.3. Krytyczna koncentracja potasu w roztworze glebowym niezbędna do dostarczenia roślinom 5 kg K/ha/dzień. 56 Akademia Rolnicza w Poznaniu wydalanie jonów i wody wchłanianie jonów i wody K+ Cl- komórki przyszparkowe K+ otwieranie aparatu szparkowego Cl- zamykanie aparatu szparkowego Rys. 6.4. Potas a cykl dobowy pracy aparatów szparkowych. Tabela 6.3. Wpływ wody i potasu na plony korzeni buraka cukrowego Czynniki doświadczalne Plon t/ha Plony względne % Względne zyski/straty % Nawożone K Nawadniane1 Susza I Susza II warunki naturalne 62,3 43,8 37,2 50,3 124 87 74 100 + 24 - 13 - 26 0 Nienawożone K Nawadniane Susza I Susza II warunki naturalne 49,2 34,1 33,2 43,0 98 68 66 85 -2 - 32 - 34 - 15 Źródło: Musolf (2003) 1 Nawadniane – nawadniane w lipcu i sierpniu Susza I – symulowana susza w lipcu Susza II – symulowana susza w sierpniu doboru wody, wrastają w głębsze warstwy gleby, a tym samym mogą pobierać wodę i składniki pokarmowe, pomimo suszy występującej w wierzchnich warstwach profilu glebowego. 3. Kontrola transpiracji Działanie potasu na dobowy rytm aparatów szparkowych należy uznać za podstawowy mechanizm kontroli gospodarki wodnej rośliny (rys. 6.4). Rośliny dobrze zaopatrzone w potas reagują na wzrost temperatury w ciągu gorącego dnia szybkim zamykaniem aparatów szparkowych. Tym samym jony K+ kontrolując transpiracyjne straty wody, efektywnie gospodarują CO2. Natomiast w warunkach niedoboru K+, roślina nie tylko, że nie produku- 57 Potas – w produkcji roślinnej je asymilatów, to także w liściach pojawiają się w nadmiernych ilościach wolne elektrony, które redukują tlen do wolnych rodników, czy też nadtlenku wodoru. Rośliny słabo odżywione potasem nie kontrolują ruchów komórek szparkowych, słabo gospodarują wodą i w konsekwencji wydają mniejszy plon użytkowy, przykładowo korzeni buraków cukrowych (tab. 6.3). 4. Dynamika wzrostu organów nadziemnych Rośliny dobrze odżywione potasem intensywnie pobierają azot azotanowy z gleby (rozdz. 5.1). Proces ten zwiększa asymilację CO2 i w konsekwencji powierzchnię asymilacyjną uprawianej rośliny. W rezultacie następuje wcześniejsze zakrycie powierzchni gleby, co w rezultacie zmniejsza parowanie wody bezpośrednio z gleby, tym samym zmniejsza nieproduktywne straty wody z gleby. 5. Wcześniejsze dojrzewanie roślin Dobre odżywienie roślin potasem przyspiesza kwitnienie roślin, a jednocześnie wydłuża fazę nalewania ziarna. Tym samym rośliny rosnące w regionach z corocznie stałymi okresami niedoboru wody, przyspieszają szybkość wzrostu, tak aby wydać plon przed nastaniem okresu suchego. 6.3. Stresy biotyczne Rośliny, począwszy od pierwszych faz rozwoju, poddane są działaniu stresów biotycznych. Wielkość strat, w latach 1988-1990, z powodu działania czynników biotycznych, oszacowano na 240 mld USD, co stanowiło 41% globalnej produkcji roślinnej. Trzy główne, biotyczne, czynniki stresowe, a mianowicie chwasty, patogeny (choroby i wirusy) oraz szkodniki zmniejszają, 58 15% 13% 59% 13% plon zebrany straty: chwasty straty: choroby straty: insekty Źródło: Oerke i in (1995) Rys. 6.5. Stresy biotyczne a procentowa utrata plonu potencjalnego. średnio, wielkość plonów odpowiednio o 13%, 13% i 15% (rys. 6.5). 6.3.1. Grzyby Wzrost podatności roślin uprawnych na porażenie przez grzyby zachodzi w warunkach niezbilansowanego nawożenia, głównie przy niedoborze potasu, z jednoczesnym nadmiarem azotu. Organy przetrwalnikowe grzybów, spory pochodzące z roślin dobrze odżywionych potasem charakteryzują się - wolniejszym wzrostem strzępek; - mniejszą energią kiełkowania zarodników. 6.3.2. Bakterie Choroby bakteryjne powodują pasożyty fakultatywne, które wywołują trzy główne typy objawów, a mianowicie: - plamistość liści, - zgnilizny korzeni, - choroby naczyniowe. Pierwsza grupa pasożytów atakuje Akademia Rolnicza w Poznaniu roślinę poprzez aparaty szparkowe a następnie rozprzestrzenia się w apoplaście. Reakcja odpornościowa rośliny jest taka sama jak grzybów fakultatywnych, którą potęguje niedobór azotu. Stopień porażenia rośliny przez pasożyta wzrasta wraz ze stopniem niedożywienia potasem i wapniem. Druga grupa pasożytów, wywołująca zgnilizny korzeni (Erwinia spp., Xanthomonas spp.) atakuje roślinę wnikając do jej wnętrza poprzez pęknięcia, rany. Jedną z przyczyn pękania tkanek okrywowych roślin (rzepak) jest niedobór boru. Zdolność rośliny do obrony wynika ze zdolności do tworzenia warstwy korkowej wokół powstałej rany. Proces ten zachodzi tym szybciej, im roślina jest lepiej odżywiona potasem. 6.3.3. Szkodniki Pod pojęciem szkodniki roślinne ujmuje się szeroką grupę organizmów pasożytniczych, takich jak insekty, nicienie. Organizmy te dysponując aparatem gębowym oraz wydalniczym nie wykazują tak dużej specyfiki, jak grzyby, czy też bakterie pasożytnicze. Podstawowe mechanizmy odpornościowe wynikają z tworzenia przez roślinę barier (i) fizycznych (barwa liści, zmiana właściwości tkanek powierzchniowych – wosk, włoski) (ii) mechanicznych (akumulacja włókna, krzemionki) (iii) chemiczno-biochemicznych (wzrost zawartości związków stymulujących wzrost, toksyn, repelentów). Działanie wszystkich tych trzech grup mechanizmów w różnym stopniu zależy od stanu odżywienia rośliny. Środowisko (woda, temperatura, itd.) Stan Odżywienia rośliny azotem i potasem Roślina uprawna Choroby; szkodniki warunki glebowe wzrostu rośliny Źródło: Bergmann (1992) (modyfikacja) Rys. 6.6. Ogólny schemat zależności: roślina – choroby, szkodniki. 59 Potas – w produkcji roślinnej Rośliny narażone są na atak szkodników, głównie w fazach wzrostu młodocianego, gdyż wówczas charakteryzują się stosunkowo słabo rozwiniętą tkanką mechaniczną. Niezależnie od fazy wzrostu, rośliny rosnące w łanach zbyt gęstych, nie sprzyjających pełnemu wykształceniu tkanki mechanicznej, są szczególnie podatne są na atak szkodników. 6.4. Potas a podatność roślin uprawnych na stresy biotyczne Generalnie odporność rośliny uprawnej na aktywność patogenów jest cechą genetyczną organizmu. Środowisko wzrostu, w tym nawożenie może silnie modyfikować zarówno podatność rośliny na atak, jak i aktywność tychże organizmów względem rośliny. Zależności te są wysoce złożone. Zbilansowanie składników pokarmowych, w tym potasu w roślinie pozwala na znaczącą redukcję aktywności patogena i wynikającego z jego działania spadku plonu (rys. 6.6). Przyczyny tej reakcji są wielorakie, wynikają ze zmian : - w metaboliźmie azotowym rośliny; - w budowie anatomicznej tkanek okrywających rośliny (grubsza warstwa epidermy, większy sto pień lignifikacji tkanek mechanicznych rośliny, czy też większa zawartość krzemionki w ścianie komórkowej; - w produkcji związków biochemicznych, naturalnych inhibitorów patogenów. Rola potasu w tworzeniu mechanizmów odpornościowych rośliny najsilniej wyraża się w kontroli jej metabolizmu azotowego. Niezależnie od typu patogena (obligatoryjny, fakultatywny) rośliny dobrze odżywione pota- stopień reakcji, % 80 60 wzrost plonu spadek porażenia 40 78 42 36 grzyby insekty wirusy bakterie -70 -63 -41 -69 20 57 0 -20 -40 -60 -80 grupy patogenów Źródło: Haerdter (1997) Rys. 6.7. Nawożenie potasem, odporność roślin na patogeny a plony. 60 Akademia Rolnicza w Poznaniu stopień porażenia 5 obligatoryjne fakultatywne 4 3 2 1 0 NŹródło: Marschner (1995) N+ Kskładniki pokarmowe K+ Rys. 6.8. Zaopatrzenie roślin w azot i potas a stopień porażenia przez pasożyty obligatoryjne i fakultatywne (1-średni, 5-bardzo wysoki). sem wykazują mniejszą podatność na jego działanie. Zdecydowanie bardziej odmiennie przedstawia się reakcja tej samej rośliny rozpatrywana w aspekcie odżywienia azotem. Pasożyty obligatoryjne atakują rośliny dobrze odżywione, a fakultatywne niedożywione azotem (rys. 6.7, 6.8). Ponadto odnotowano większą odporność niektórych roślin na atak grzybów, gdy kationowi potasu towarzyszył anion chlorkowy. Przykładu takiego dostarcza Gaeumannomyces graminis var. tritici w pszenicy. Rola potasu w budowie odporności roślin uprawnych na atak szkodników jest dobrze udokumentowana. Zwraca się uwagę na co najmniej trzy składowe odporności, a mianowicie: - zmianę metabolitów komórki (spadek zawartości nisko-cząsteczkowych związków azotu); - zawartość cukrów (spadek zawartości związków nisko-cząsteczkowych); - udział tkanki mechanicznej (wzrost udziału stwarza barierę mechaniczną dla szkodnika). Pierwsze dwa czynniki zmniejszają odżywczą wartość soku roślinnego a trzeci zmniejsza możliwość mechanicznej infekcji przez szkodnika. Przykładowo, niedobór potasu może zwielokrotnić populację mszyc na roślinach. Niektóre szkodniki żerują tylko na liściach ubogich w potas (Lema melanopus). W odniesieniu do szerokiej grupy szkodników, a mianowicie Nephotettix sp., Tipula sp., Cnaphalocrocis sp., odnotowano, że jednoczesna aplikacja azotu i potasu w stosunku jak 1 : 1,5 zmniejsza silnie podatność tych roślin (głównie ze strefy tropikalnej) na atak wymienionych gatunków szkodników. 61 Potas – w produkcji roślinnej Rozdział 7. Potas a jakość plonów 7.1. Definicja jakości Plon i jakość są pochodną właściwości genetycznych uprawianej rośliny oraz siedliska jej wzrostu. O ile rolnik nie ma wpływu na cechy genetyczne, to częściowo poprzez właściwy dobór zabiegów agrotechnicznych, takich jak, uprawa, zmianowanie, ochrona roślin, a przede wszystkim nawożenie (w tym nawożenie potasem) może modyfikować warunki siedliska. W warunkach niedoboru lub nadmiaru składników pokarmowych w glebie, zachwianiu ulega równowaga jonowa w roślinie, co przejawia się zakłóceniem procesów fizjologicznych, które warunkują plon o pożądanych cechach jakościowych. Współcześnie, to znaczy w warunkach dużej konkurencji rynkowej, efekt ekonomiczny uprawy poszczególnych gatunków roślin mierzy się nie tylko wysokością uzyskanego plonu, lecz także a może nawet głównie, jakością. Należy, zatem postawić podstawowe pytanie, o definicję jakości. Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta, gdyż kryteria jakościowej oceny plonu uzależnione są od szeregu czynników, między innymi od kierunku użytkowania roślin, przydatności wytworzonych produktów rolnych do celów konsumpcyjnych, paszowych, a także przemysłowych. Spośród wielu terminów opisujących jakość produktów rolnych, wybrano definicję sformułowaną przez Abalaka (Krauss 2000): jakość jest istotną właściwością żywności określającą podstawowe wymagania, które musi spełniać. W analogiczny sposób można sformułować definicję jakości Wartość odżywcza, paszowa Właściwości higieniczne cechy organoleptyczne Jakość płodów rolnych funkcjonalność wartość ekologiczna Źródło: Krauss, 2000, modyfikacja Rys. 7.1. Kryteria oceny jakości produktów rolnych. 62 Akademia Rolnicza w Poznaniu pasz i produktów rolnych przeznaczonych do przetwórstwa przemysłowego. Charakterystyka poszczególnych grup cech jakościowych płodów rolnych (rys. 7.1): 1. Właściwości odżywcze definiuje się jako zawartość poszczególnych składników, między innymi takich jak, białko, olej, tłuszcz, skrobia, związki mineralne, włókno i witaminy. 2. Właściwości higieniczne odnoszą się głównie do obecności szkodników i chorób oraz ich metabolicznych produktów, które mogą być toksyczne dla konsumenta lub wywoływać stany alergiczne. Ponadto dotyczą obecności związków obcych (zanieczyszczenia) lub skażeń metalami ciężkimi, które pochodzą z chemikaliów stosowanych w rolnictwie. 3. Właściwości organoleptyczne są wysoce subiektywne. Opisują wygląd, kolor, strukturę, smak i zapach danego produktu. Jako klasyczny przykład subiektywności tego kryterium, podaje się skłonność przeważającej grupy konsumentów do wyboru jabłek o barwie ciemnoczerwonej, chociaż nie stwierdza się różnicy w wartościach odżywczych w stosunku do owoców o barwie żółtej czy zielonej. 4. Właściwości funkcjonalne związane są z właściwościami produkcyjnymi (technologicznymi) produktów rol- Tabela 7.1. Trendy zmian jakości bulw ziemniaka pod wpływem nawożenia N, P i K Cecha Składniki nawozowe N P K a + _ _ a _ - + o (+) o ( ) a + _ a Zmiennie a o,zmiennie Zmiennie Zmienne +,zmiennie + -(o) o(+) KCl ^ K2SO4 Jakościowa Plon bulw Udział bulw o wartości rynkowej Zawartość suchej masy Zawartość skrobi Zawartość białka Zawartość witaminy C Smakowitość Dojrzałość technologiczna + + o (_) a Odporności na Uszkodzenia mechaniczne Straty przechowalnicze Czarna plamistość miąższu Intensywność barwy frytek Jakość gotowania Ciemnienie miąższu surowego Ciemnienie miąższu po ugotowaniu + + + + + + + + + + Źródło: Martin-Prevel (1989); Prokoshew, Dieriugin (2000); Rogozińska (2002) a- wzrost jakości; _- spadek jakości; o - brak zmian; + - trend korzystny; - - trend niekorzystny 63 Potas – w produkcji roślinnej nych, takimi jak, zawartość cukru w korzeniach buraka lub w trzcinie cukrowej, skrobi w ziemniakach, kwasów tłuszczowych w nasionach roślin oleistych. Do tej kategorii zalicza się również odporność upraw na stresy biotyczne i abiotyczne, przykładowo na zasolenie, suszę, upał, zimno lub tolerancję na zachwaszczenie. 5. Właściwości ekologiczne produktów rolnych (zdrowa żywność, bezpieczna żywność) stają się coraz częściej ważnym argumentem uwzględnianym przez konsumentów przy wyborze produktów. 7.2. Nawożenie potasem a jakość plonów, wybrane przykłady 7.2.1. Ziemniaki Ziemniak jest jednym z gatunków roślin uprawnych, który wykazuje znaczną ilościową (plon bulw) i jakościową reakcję na nawożenie potasem. W tabeli 7.1 zestawiono cechy jakościowe ziemniaków wraz oceną reakcji na zawartość składników mineralnych. W odniesieniu do tej rośliny charakterystyczna jest także reakcja, nie tylko na dawkę potasu, lecz także na formę chemiczną składnika w nawozie. Spośród wymienionych powyżej cech, uwzględnianych w produkcji ziemniaka konsumpcyjnego, w tym przeznaczonego do przemysłu przetwórczego (chipsy, frytki, krochmal) uwagę skupiają te, które można ocenić bezpośrednio, organoleptycznie. Taką cechą jest ciemnienie bulw, po przekrojeniu. Cecha ważna przy zakupie ziemniaków konsumpcyjnych, a ujawnia się już po pół godzinie od przekrojenia surowej bulwy. Przyczyną ciemnienia jest obecność melanin, jako efekt utleniania tyrozyny. Aktywność enzymu tyrozynazy zależy od zawartości potasu w bul- 64 wach, im większa tym mniejsze ciemnienie bulw. Producent ziemniaka może tą cechę kontrolować, nawożąc ziemniaki odpowiednio wysokimi dawkami potasu. Stwierdzono, bowiem, że w miarę wzrostu zawartości potasu w bulwach zmniejsza się ich skłonność do ciemnienia, a bulwy zawierające powyżej 2,5% K w suchej masie praktycznie nie ciemnieją (rys. 7.2). W konsumpcji frytek, czy też chipsów ważna jest barwa produktu. W tym przypadku zależy od zawartości cukrów redukujących. Dobre zaopatrzenie ziemniaków w potas obniża zawartość cukrów redukujących (glukoza, fruktoza), które powodują ciemnienie chipsów i frytek oraz nadają gorzki smak. Z tej przyczyny bulwy przeznaczone na chipsy mogą zawierać nie więcej niż 0,15%, a do produkcji frytek 0,25% cukrów redukujących (rys. 7.3). Nawożenie potasem wpływa korzystnie na zawartość suchej masy, białka surowego i witaminy C (tab.7.2). Poza tym wzrost nawożenia tym składnikiem zwiększa zawartość skrobi. Przy czym wzrost ten jest krzywoliniowy, a swoje maksimum osiąga wcześniej niż krzywa plonowania. Dlatego konieczne jest wyznaczenie optymalnego zakresu zaopatrzenia roślin ziemniaka w potas, w którym to plon bulw i zawartość skrobi przełoży się na maksymalny plon skrobi (rys. 7.4). Ziemniaki jako roślina wrażliwa na chlorki powinna być nawożona formą siarczanową potasu, gdyż chlor pogarsza ich jakość. Przykładowo obniża zawartość skrobi, jak i powoduje ciemnienie bulw ziemniaka po ugotowaniu. Zwiększona zawartość chlorków w roztworze glebowym wpływa ujemnie na przemiany węglowodanów w roślinach ziemniaka oraz zmniejsza szybkość transportu asymilatów z liści do bulw. Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 7.2. Dawki potasu a zawartość witaminy C w bulwach ziemniaka Dawka K2O, kg/ha Sucha masa, % Białko surowe Witamina C mg/100 g bulw 0 75 150 17,6 17,9 17,9 413 436 451 33,8 34,4 39,3 Źródło: Imas (1999) ciemnienie bulw, % 100 50 0 % K w bulwach 1,5 2,0 2,5 Źródło: Prummel (1978) Rys. 7.2. Odżywienie roślin ziemniaka potasem a ciemnienie bulw. 7.2.2. Buraki cukrowe Burak cukrowy jest następną potasolubną rośliną uprawianą w Polsce. Celem uprawy tej rośliny jest oczywiście produkcja cukru. Akumulacja sacharozy w korzeniu buraka cukrowego jest złożonym problemem metabo- licznym. Jak omówiono w rozdziale drugim, jony K+ stymulują aktywność metaboliczną syntetazy skrobiowej, czyli proces przekształcenia sacharozy w skrobię. Burak cukrowy wykazuje jednakże dużą zawartość jonów Na+, które także aktywują ten sam enzym, 65 Potas – w produkcji roślinnej Jakość chipsów nie zadowalająca Wysoka Złe zadowalająca wyróżniająca Zawartość cukrów redukujących Zaopatrzenie ziemniaków w potas Niska Dobre Źródło: Rogozińska (2002) Rys. 7.3. Zawartość cukrów redukujących a jakość chipsów. lecz 4-krotnie wolniej. Zatem zawartość sacharozy w korzeniu buraka cukrowego zależy od współdziałania obu pierwiastków. Rola potasu sprowadza się głównie do stymulacji procesów fotosyntezy, stąd wpływ nawożenia potasem przejawia się w sposób bardzo złożony i rzadko przejawia się wzrostem zawartości sacharozy. Z badań przeprowadzonych przez Gutmańskiego (2002) wynika, że wzrost poziomu nawożenia potasem na glebach o średniej zawartości potasu przyswajalnego prowadzi do wzrostu zawartości cukru w korzeniach (tab. 66 7.3). W badaniach przeprowadzonych w Wielkopolsce przez Katedrę Chemii Rolnej w Poznaniu pod koniec lat 90tych na glebach lekkich i średnich o średniej zasobności w potas (32 obiekty w kolejnych 3 latach), odnotowano trend wzrostu zawartości sacharozy od 0,04% do 0,57% stosując dawkę 80 kg K2O/ha. Niestety wraz ze wzrostem dawki potasu zwiększała się w korzeniach zawartość potasu niepożądanego. Ponadto, wzrost zawartości potasu w korzeniu połączony jest z jednoczesnym wzrostem zawartości tego składnika w wakuoli, jako tzw. związku mela- Akademia Rolnicza w Poznaniu Plon bulw, dt/ha 400 Plon bulw 300 Plon skrobi, dt/ha 100 Zawartość skrobi, % 200 21 Plon skrobi 50 100 0 Zawartość skrobi 19 0 17 0 30 60 90 niedostateczne Źródło: Muller (1988) 180 optymalne 300 kg/ha K2O luksusowe Zaopatrzenie w potas Rys. 7.4. Nawożenie potasem a plon bulw, zawartość skrobi i plon skrobi. sotworczego, który obniża wydajność technologiczną cukru z korzeni w procesie ekstrakcji. 7.2.3. Rzepak Potas odgrywa ważną rolę w aktywacji enzymów kontrolujących przekształcanie węglowodanów w tłuszcze. W doświadczeniach niemieckich, na glebach ubogich w ten składnik zwiększone dawki potasu, przy odpowiednim zaopatrzeniu w azot, zwiększały zawartość tłuszczu w nasionach rzepaku do 1,5%. W doświadczeniu przeprowadzonym w Chinach wzrost nawożenia potasem zwiększał zawartość tłuszczu aż o 4,0% (rys. 7.5). Badania prowadzone w statycznym doświadczeniu nad rzepakiem jarym wykazały, że potas sam lub w kombinacji z fosforem działa niezwykle korzystnie, a azot prowadzi do spadku zawartości tłuszczu. Jednakże plon tłuszczu, jako pochodna plonu nasion, w większym stopniu zależy od zaopatrzenia rośliny w azot (tab.7.4). W badaniach własnych, przeprowadzonych na glebach zasobnych w potas, reakcja na nawożenie potasem nie była już tak wyraźna, aczkolwiek zaznaczył się negatywny wpływ wzrastających dawek azotu, średnio 1% na każdorazowy wzrost dawki azotu o 80 kg/ha (tab. 7.5). 67 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 7.3. Wpływ dawki potasu na jakość technologiczną korzeni buraka cukrowego Dawka potasu, Polaryzacja Melasotwory, mmol/100 g korzeni kg K2O/ha % K Na N-α-NH2 60 80 160 240 320 16,20 16,47 16,69 16,84 16,90 4,94 5,14 5,29 5,44 5,51 0,48 0,51 0,55 0,54 0,55 1,99 1,97 2,04 2,11 2,15 Źródło: Gutmański (2002) Tabela 7.4. Plony rzepaku ozimego, statyczne, wieloletnie, doświadczenie nawozowe Warianty doświadczenia Plony dt/ha Zawartość tłuszczu % Plon tłuszczu dt/ha Kontrola Obornik Obornik + NPK NPK NPK + Ca 17,4 31,1 35,1 29,0 25,5 45,7 42,9 41,2 43,9 45,2 7,95 13,34 14,46 12,73 11,53 Źródło: Blecharczyk i inni (1993) Zawartość tłuszczu, % 45 Plon nasion, t·ha-1 2,0 Plon nasion Zawartość tłuszczu 40 1,5 35 1,0 30 0,5 25 0 20 0 Źródło: Yousheng i in. (1991) 60 120 Nawożenie potasem, kg K2O·ha-1 Rys. 7.5. Nawożenie potasem a plon nasion i zawartość tłuszczu. 68 180 Akademia Rolnicza w Poznaniu 7.2.4. Inne, mniej potasolubne rośliny Pszenica ozima Pszenica ozima, wbrew utartym poglądom, jest rośliną bardzo wrażliwą na zaopatrzenie w potas. Łan plonujący na poziomie 8-10 t/ha ziarna, w fazie maksymalnego wzrostu akumuluje 200250 kg K2O/ha, czyli niewiele mniej niż plantacja buraków cukrowych plonująca na poziomie 40-45 t/ha. Zapotrzebowanie pszenicy, zwłaszcza konsumpcyjnej, na potas wynika z funkcji jakie ten pierwiastek pełni w roślinie, ściśle związanych z pobieraniem azotu i przemianą składnika w białko a także akumulacją skrobi w fazie nalewania ziarna. Prawidłowe odżywienie pszenicy ozimej potasem sprzyja uzyskaniu plonów ziarna o korzystnych cechach jakościowych, które wyrażają się: - wzrostem zawartości białka i glutenu, - wzrostem masy tysiąca ziaren, - poprawą liczby opadania i wyrównania ziarna, Kukurydza Kukurydza jest rośliną bardzo wrażliwą na zaopatrzenie w potas w okresie od 5/6 liścia aż do kwitnienia. Odpowiednie odżywienie roślin w tej krytycznej fazie wzrostu skutkuje: - zmniejszonym niebezpieczeństwem wylegania – lepiej wykształcona tkanka mechaniczna; - lepszym zaziarnieniem kolby; - większą masą ziarniaków – dłuższa faza nalewania ziarna; - równomiernym dojrzewaniem i mniejszą zawartością wody w fazie dojrzewania. Len Potas jest podstawowym składnikiem w nawożeniu lnu, ponieważ poza plonem zwiększa udział włókna długie- Tabela 7.5. Wpływ azotu i potasu na zawartość tłuszczu w nasionach rzepaku ozimego, % Nawożenie N, kg N·ha-1 Nawożenie K Średnia kg K2O·ha-1 0 80 160 240 0 80 160 240 Średnia 44,50 44,96 45,36 44,88 44,92 43,73 43,54 43,62 43,39 43,57 42,62 42,85 42,78 42,66 42,73 41,55 41,95 41,57 41,41 41,62 43,10 43,32 43,33 43,09 Źródło: dane własne, niepublikowane (Brody 2002) Tabela 7.6. Wpływ nawożenia potasem na plon i jakość technologiczną lnu Wskaźnik jakości NP NPK Plon włókna, dt/ha w tym włókna długiego, dt/ha Wydajność włókna, % Wytrzymałość włókna, kg Elastyczność włókna, mm 7,45 5,30 20,4 15,3 63,0 8,0 6,5 21,3 16,7 62,0 Źródło: Prokoshew i in., (2000) 69 Potas – w produkcji roślinnej - go, jego wytrzymałość i elastyczność (tab. 7.6). Użytki zielone Zawartość potasu w paszach zielonych jest ważna ze względu na reakcję zwierząt, gdyż pierwiastek ten pełni podstawowe funkcje życiowe (bilans wodny, utrzymanie ciśnienia osmotycznego, bilans kwasy-zasady, aktywacja enzymów, metabolizm węglowodanowy i białkowy, pracę męśni i serca). Zwierzęta przeżuwające wymagają większego stężenia potasu w paszy, niż pozostałe. Żywieniowcy przyjmują, że zawartość K nie powinna przekraczać 2% s.m. Jednakże pomimo tego ograniczenia, potas wpływa korzystnie na produkcję masy zielonej poprzez: - zwiększenie odporności roślin wieloletnich na niskie temperatury zimą, - lepsze ukorzeniem się roślin, - wzrost zawartości białka, wzrost liczby i aktywności bro dawek roślin motylkowatych w runi, wzrost zawartości witamin i składników mineralnych, wzrost ogólnej strawności pasz zielonych. 7.3. Fizjologiczne mechanizmy jakości produktów roślinnych Działanie potasu na cechy jakościowe produktów roślinnych, przejawia się aktywacją określonych enzymów, odpowiedzialnych za podstawowe i specyficzne procesy metaboliczne w roślinie. Procesy i skutki zebrano w kilka następujących grup: 1. Wzrost aktywności fotosyntetycznej rośliny powodujący wzrost zawartości węglowodanów (sacharoza, skrobia, węglowodany strukturalne – celuloza). mg N/roślinę 6 białko białko rozpuszczalne NO3- 5 4 3 2 1 0 słabe Odżywienie potasem dobre Źródło: Koch i Mengel (1974) Rys. 7.6. Wpływ odżywienia tytoniu potasem na związki azotu w młodych roślinach. 70 Akademia Rolnicza w Poznaniu 2. Kontroli produkcji i przemian cukrów w roślinach – produkcja cukrów, a także smak, zapach, kolor: a. produkcja sacharozy w korzeniach buraków cukrowych, b. produkcja skrobi w bulwach ziemniaków, c. kontroli produkcji cukrów redukujących (ziemniaki, barwa frytek, chipsów), d. kwasów organicznych (kwas cytrynowy – ziemniaki). 3. Zmniejszenie się zawartości azotu w roślinie, tzw. białka surowego; Intensywny przyrost zawartości węglowodanów prowadzi do względnego spadku zawartości białka (zwany efektem rozcieńczenia). Z tym, że zawartość białka właściwego zmniejsza się wolniej, niż zawartość białka surowego. W efekcie produkcja białka właściwego wzrasta. 4. Wzrasta zawartość witamin, między innymi karotenu (prowitamina A), B1, C. 5. Kontroli enzymów odpowiedzial nych za a. przechowywanie ziemniaków (oddychanie – spadek zawartości skrobi); b. produkcję melanin (czarna plamistość ziemniaków; ciemnienie); c. produkcję kwasu askorbinowego. Wzrost w miarę wzrostu zawartości potasu w roślinie prowadzi do zmniejszenia intensywności procesów utleniania – enzymatycznie brązowienie owoców (jabłka, gruszki), ciemnienia ziemniaków. Kwas askorbinowy zmniejsza intensywność procesów starzenia się produktów roślinnych. d. budowę ściany komórkowych. Mniejsza podatność na uszkodzenia mechaniczne i jakość miąższu owoców. 71 Potas – w produkcji roślinnej Rozdział 8. System nawożenia potasem Głównym celem produkcji roślinnej w gospodarstwie rolnym jest uzyskanie dużego plonu o wysokiej jakości konsumpcyjnej, paszowej, czy też przemysłowej. Celem pośrednim nawożenia potasem, z reguły nie zauważanym przez rolników, jest wzrost efektywności azotu, a tym samym zmniejszenie nakładów i zagrożenia jakie stwarza produkcja rolna dla środowiska (rys. 8.1). 8.1. Podstawy systemu nawożenia potasem w gospodarstwie Spełnienie podstawowego celu nawożenia roślin uprawnych potasem wymaga określenia: 1. Kierunku produkcji roślinnej w gospodarstwie. 2. Zdolności roślin w zmianowaniu do pobierania potasu. 3. Wartości pobrania jednostkowego potasu przez uprawianą roślinę. 4. Dynamiki pobierania potasu w sezonie wegetacyjnym. 5. Stanu odżywienia roślin potasem w krytycznych fazach rozwoju. 8.1.1. Pobranie jednostkowe potasu Potrzeby pokarmowe roślin uprawnych określa poziom uzyskiwanych plonów, które w największym stopniu kształtuje zaopatrzenie roślin w azot. Efektywność plonotwórczą azotu, w pierwszej kolejności, definiuje potas, ściślej zasobność gleby w przyswajalny potas (rozdział 5, rys. 5.6). Generalną zasadą jest większe pobranie i większe wykorzystanie azotu w stanowiskach zasobnych w potas. Parametr, jakim jest jednostkowe pobranie potasu (- Kj), definiuje ilość potasu przypadającą na jednostkę 72 plonu użytkowego wraz z odpowiednią masą plonu ubocznego. Wartości jednostkowego pobrania składników pokarmowych wyznacza się podczas zbioru roślin. W odniesieniu do maksymalnej akumulacji potasu w roślinie, wartości parametru Kj są zaniżone od 1/3 do 1/4. Wartości tego parametru podlegają także dużym sezonowym wahaniom, zależnie od działania czynników środowiskowych. Spośród czynników żywieniowych główną rolę odgrywa azot. Pomimo sezonowej zmienności jest to ważny parametr, niezbędny do szacowania zapotrzebowania uprawianej rośliny na potas (tab. 8.1). Niskie plony to względnie niskie zapotrzebowanie roślin na potas, z jednoczesną relacją K : N, jak 1 : 1 lub nawet węższą. Wzrost plonów, bezpośrednio wynikający z większej efektywności azotu nawozowego, prowadzi do większego jednostkowego zużycia potasu a stosunek K : N, przyjmuje wartości szersze od 1,0 (tab. 8.2). 8.1.2. Pobieranie potasu – czynniki roślinne i glebowe Połączenie potrzeb pokarmowych rośliny z wielkością systemu korzeniowego rośliny pozwala zdefiniować optymalny poziom zasobności gleby w przyswajalny potas. Optymalny poziom zasobności gleby uprawnej w potas jest zdecydowanie wyższy dla roślin liściastych (okopowe, strączkowe i rzepak), niż dla zbóż. Pierwsza grupa roślin, ze względu na słabiej wykształcony system korzeniowy, reaguje większym spadkiem plonu na niedostateczny poziom zasobności gleb w potas (rys. 8.2). W praktyce rolniczej optymalny poziom zasobności gleby w potas wyznacza się w odniesieniu do Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 8.1. Pobranie potasu przez rośliny uprawne Roślina uprawna Część rośliny Pszenica ozima Ziarno Słoma Ziarno Słoma Ziarno Słoma Ziarno Słoma Ziarno Słoma Ziarno Słoma Ziarno Słoma Nasiona Słoma Nasiona Słoma Nasiona Słoma Nasiona Słoma Korzenie Liście Korzenie Liście Bulwy Łęciny Całe rośliny 22 15 10 15 22 50 100 Całe rośliny Całe rośliny Całe rośliny 100 100 100 Pszenżyto ozime Żyto ozime Jęczmień ozimy Jęczmień jary Owies Kukurydza Rzepak Groch Bobik Łubiny Burak cukrowy Burak pastewny Ziemniaki Kukurydza Kiszonkowa Lucerna Koniczyna Trawy Sucha masa % Plon Główny/uboczny 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 90 86 1 : 1,1 najbardziej wymagającej rośliny w zmianowaniu, przykładowo dla rzepaku, buraków cukrowych (rys. 8.3). Okresy wegetacji zbóż w zmianowaniu są agrotechnicznie niezbędne celem przy- 1 : 1,3 1 : 1,4 1 : 1,0 1 : 1,0 1 : 1,5 1 : 1,2 1 : 3,0 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,4 1 : 0,8 1 : 0,5 1 : 0,1 kg K2O/t 4,0 10,0 4,0 10,0 4,0 10,0 4,0 10,0 4,0 10,0 4,0 16,0 4,0 16,0 10,0 16,0 14,0 16,0 12,0 18,0 14,0 16,0 1,5 4,0 2,0 4,0 3,0 2,0 3,5 – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 6,0 15,0 6,0 16,0 6,0 15,0 7,0 16,0 7,0 14,0 7,0 22,0 7,0 26,0 12,0 24,0 18,0 20,0 16,0 24,0 20,0 20,0 2,0 6,0 3,0 7,0 5,0 3,0 5,5 4,0 – 6,0 4,0 – 6,0 6,0 – 7,0 gotowania stanowiska pod rośliny liściaste. Aktualnie, przyjmując zarówno kryteria ekonomiczne a zwłaszcza środowiskowe, zasobność gleb potas powinna utrzymywać się w okresie 73 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 8.2. Wartości stosunku K : N dla dwóch roślin przy różnych poziomach plonowania Roślina Plon i pobranie składników Burak1 cukrowy t/ha N, kg/ha K2O/ha t/ha N, kg/ha K2O/ha 40 180 180 60 240 320 K:N Kukurydza2 6,3 1:1 163 K:N 1 119 1 : 0,73 K:N 9,5 1 : 1,33 191 K:N 235 1,23 2 GRZEBISZ, dane niepublikowane; World Fertilizer Use Manual, IFA Ekonomika Produkcji roslinnej Wielkość Stabilność Towarowość Opłacalność produkcji w gopodarstwie zwiększa Nawożenie potasem zmniejsza Jakość płodów rolnych Skład mineralny Skład organiczny Walory konsumpcyjne Nakłady na produkcję roślinną Fizjologiczny stan roślin uprawnych w okresie wegetacji zimotrwałość Choroby i szkodniki Zboża – wyleganie Rys. 8.1. Wielofunkcyjna rola nawożenia potasem w produkcji roślinnej. 74 Akademia Rolnicza w Poznaniu plony, % 100 90 80 70 rośliny: zbożowe liściaste 60 50 bardzo duża Źródło: Kerschberger i Richter, 1988 duża średnia klasy zasobności w potas niska Rys. 8.2. Plony potencjalne roślin uprawnich w zależnosci od zasobności gleby w potas. wegetacji roślin wrażliwych na poziomie średnim, w górnym jego zakresie. 8.1.3. Stan odżywienia potasem Potas jest składnikiem niezbędnym roślinie od początku wegetacji, gdyż decyduje o szybkości wzrostu organów wegetatywnych. Dynamika pobierania składnika przez rośliny zależy od gatunku, odmiany, dynamiki przyrostu biomasy w sezonie wegetacyjnym, zaopatrzenia łanu w inne składniki pokarmowe. Niedobór składnika w krytycznych fazach wzrostu prowadzi do szeregu negatywnych skutków, w tym spadku plonu organu użytkowego (ziarno, nasiona, bulwy, korzenie), a często do pogorszenia jakości. Ponadto zmniejsza odporność rośliny uprawnej na aktywność organizmów patogennych (tab. 8.3). 8.2. Elementy systemu nawożenia potasem Założenia przedstawione w poprzednim podrozdziale stanowią podsta- wę do opracowania systemu nawożenia potasem w gospodarstwie, rozważanym ilościowo dla konkretnego pola a w szerszej skali dla gospodarstwa. W powstającym systemie należy ustalić: 1. Ilościowe zapotrzebowanie roślin uprawianych w zmianowaniu na potas: - plon użytkowy i ogólny, - pobranie jednostkowe potasu. 2. Dynamikę pobierania potasu przez rośliny w okresie wegetacji. 3. Fazy krytyczne zapotrzebowania na potas. 4. Zasobność gleby w przyswajalny potas. 5. Zabiegi uprawowe warunkujące pobieranie potasu przez rośliny z gleby: - system uprawy podstawowej, - wzruszanie warstw zagęszczonych (głęboszowanie), - system wapnowania. 75 Potas – w produkcji roślinnej 6. Wartość nawozową innych, poza nawozami mineralnymi, źródeł potasu. - resztki roślinne, - nawozy organiczne. 7. Dawkę nawozową potasu. 8. Formę chemiczną potasu w nawozie. 9. Technikę stosowania nawozów. 8.2.1. Potrzeby nawozowe roślin Zakładając optymalny układ warunków glebowych, czynnikiem podstawowym wyznaczającym wielkość potrzeb pokarmowych rośliny względem potasu, jest wielkość plonu użytkowego (nasiona, ziarno, bulwy, korzenie, masa zielonki, masa siana) kolejnych roślin w zmianowaniu dla konkretnego pola. Elementy bilansu potasu, w skali pola, przedstawia równanie nr 1: Kpu + Kprr + Ksn = Kdn + Kob + Kn [kg K2O/ha] [1] Dawkę potasu nawozowego wyznacza się z równania nr 2: Kn = [Pu ± Prr + Ksn] – [Kdn + Kob] ± δKg [kg K2O/ha] [2] gdzie: Kpu - pobranie K z plonem użytkowym, Kprr - akumulacja K w plonie ubocznym (resztki roślinne), Ksn - straty naturalne (wiązanie przez glebę, wymywanie, erozja), Kdn - dopływ naturalny (opady atmosferyczne), Kob - nawozy organiczne i inne źródła organiczne K, Kn - dawka K2O w nawozie potasowym, δKg - zmiana zawartości potasu przyswajalnego w glebie. Podstawową metodą wyznaczenia dawki nawozowej potasu jest bilans potasu przeprowadzony dla konkretnego zmianowania (tab 8.4). W uproszczonej wersji bilansu można pominąć tzw. straty i zyski naturalne, gdyż ilościowo są nieznaczne, a ponadto trudne do kwantyfikacji. Warunkiem podstawow- plony korzeni, % plonu maksymalnego 120 100 95% plonu 80 linia trendu plonu krytyczna zasobność gleby w K 60 40 klasa zasobności w K: niska wysoka bardzo wysoka średnia 20 0 0 50 100 150 K2O, mg/kg gleby 200 250 Rys. 8.3. Plon buraków cukrowych jako funkcja potasu przyswajalnego w glebie. 76 Akademia Rolnicza w Poznaniu Tabela 8.3. Ocena stanu odżywienia roślin potasem w okresie wegetacji1, % K w s.m. Roślina Część Termin uprawna rośliny pobierania prób Niedobór Niski Pszenica Cała roślina Kłoszenie < 1,25 1,25 1,49 1,50 - > 3,00 3,00 – Jęczmień Cała roślina Kłoszenie < 1,25 1,25 1,49 1,50 - > 3,00 3,00 – Kukurydza Liść kłosa Wiecha < 1,20 1,31 1,70 1,80 2,30 2,40 - > 2,90 2,90 Górne liście2 Kwitnienie2 < 1,30 1,30 1,70 1,80 2,50 2,60 - > 4,50 4,50 Soja Ocena stanu odżywienia Dosta- Wysoki LuksuTeczny sowy 1 Źródło: Rehm i Schmitt (1997) najmłodszy, lecz w pełni dojrzały trójdzielny liść, na początku kwitnienia; 2 Tabela 8.4. Bilans potasu i potrzeby nawozowe roślin w zmianowaniu1, kg/ha K2O; zmianowanie: burak cukrowy – jęczmień jary – pszenica ozima Elementy bilansu Typ gospodarstwa Klasyczny Straty Dopływ Straty Dopływ Całe zmianowanie 521 189 521 331 Burak cukrowy2 50 t/ha Korzenie Liście 100 200 – – 100 200 – 180 Jęczmień Ziarno Słoma 5 t/ha 25 70 – – 25 70 – 63 Pszenica 7 t/ha 28 98 – – 28 98 – 88 – 189 – – Ziarno Słoma Obornik 30 t/ha Saldo bilansowe - 332 - 190 332 190 Potrzeby nawozowe 1 Roślinny 2 Średni poziom zasobności gleby w przyswajalny potas; plony organu użytkowego; 77 Potas – w produkcji roślinnej Tabela 8.5. Współczynniki przeliczeniowe wartości potrzeb pokarmowych na dawki potasu Klasa zasobności Produkcja klasyczna1 Produkcja roślinna Współczynniki Zmianowanie2 Współczynniki Bardzo niska Niska Średnia Wysoka Bardzo wysoka 1,93 1,56 1,00 0,52 - 622 502 322 172 - 2,58 1,95 1,00 0,21 - Zmianowanie 490 370 190 52 - 1 obornik, dawka – 30t/ha, co 3 lata; 2zmianowanie : burak cukrowy – jęczmień jary – pszenica ozima ym, prawidłowo przeprowadzonego bilansu potasu jest natomiast realna prognoza plonu. Racjonalne podejście do prognozowania wielkości plonu zakłada możliwość uzyskania plonu średniego, biorąc pod uwagę ostatnie pięć lat i ewentualny 5-10% wzrost. W równaniu 2-gim dwie składowe wymagają szczególnej uwagi, podczas tworzenia systemu nawożenia potasem, a mianowicie : 1. Sposób zagospodarowania plonu ubocznego - Kprr; Wywiezienie z pola liści, czy też słomy to znaczna strata potasu, istotnie zwiększająca tym samym zapotrzebowanie na potas nawozowy; 2. Zmiana poziomu zasobności gleby w potas - δKg. Za optymalny przedział zasobności gleby w przyswajalny potas należy uznać klasę średnią. Zadaniem rolnika jest doprowadzenie zasobności gleby do tej klasy a nawet określonej wartości. Obliczenie wartości parametru δKn przeprowadza się w oparciu o równania 3 lub 4, zależnie od założonego celu, kierunku zmiany (aneks 1): [3] + δKn = (Ksd - Ka) · 3 [4] - δKn = (Ka - Ksd) · 3 gdzie: Ksd - górny poziom zawartości K w średniej klasie zasobności, mg K2O/kg gleby, 78 Ka - rzeczywisty poziom zasobności gleby w K, mg K2O/kg gleby, 3 - współczynnik przeliczeniowy zasobności gleby w K na dawki K2O/ha. Aneks 1. Przykład regulacji zasobności gleby w przyswajalny potas Warunki: 1. Gleba średnia 2. Górna wartość zasobności w K, 200 mg K2O kg-1 gleby. Wariant 1. Gleba uboga w potas; zawartość przyswajalnego K, 80 mg K2O kg-1 gleby Kn = [200 - 80] · 3 = 120 · 3 = 360 kg K2O · ha-1 Wariant 2. Gleba średnia; zawartość przyswajalnego K, 300 mg K2O kg-1 gleby Kn = [300 - 200] · 3 = 100 · 3 = 300 kg K2O · ha-1 W tym drugim przypadku można w ciągu kilku lat zmniejszać poziom zasobności w potas, redukując systematycznie dawki nawozów potasowych. 8.2.2. Wskaźniki przeliczeniowe potrzeb pokarmowych na dawki nawozowe potasu w zmianowaniu Uproszczony system przeliczania potrzeb pokarmowych na dawki potasu w zależności od zawartości przyswajal- Akademia Rolnicza w Poznaniu nego potasu w glebie zamieszczono w tabeli 8.5. W tabeli tej przedstawiono wartości współczynników przeliczeniowych dla dwóch skrajnych systemów produkcji, a mianowicie klasycznego i roślinnego. W pierwszym wariancie założono, że cała masa plonu ubocznego zostaje wywieziona z pola a jedynym źródłem zewnętrznym potasu jest obornik. W drugim założono natomiast, że z pola wywożony jest tylko plon użytkowy. Aneks 2. Wartości współczynników korekcyjnych zmieniają się zależnie od systemu gospodarowania materią organiczną i składnikami pokarmowymi w gospodarstwie, i w zmianowaniu. Współczynniki korekcyjne należy opracowywać na podstawie bilansu potasu, indywidualnie do każdego zmianowania. 8.3. Termin nawożenia potasem Racjonalny, a więc efektywny, system nawożenia potasem opiera się na założeniu dostosowania technologii nawożenia do potrzeb żywieniowych najbardziej wrażliwej rośliny w zmianowaniu. Podstawową zasadą tego systemu jest zatem doprowadzenie gleby do optymalnego stanu zasobności gleby w potas, wymaganego przez roślinę wrażliwą. Praktyczne zadanie, postawione przed rolnikiem, sprowadza się do ustalenia terminu lub terminów stosowania potasu w zmianowania. Terminy nawożenia potasem wynikają z działania szeregu czynników naturalnych i agrotechnicznych. Warianty nawożenia potasem w zmianowaniu: 1. Klasyczny - pod roślinę Nawożenie pod każdą roślinę, w terminie przed siewem, przeprowadza się zależnie od stanu zasobności gleby, typu gleby i rodzaju nawozu. Generalnie, im mniejsza zasobność gleby w przyswajalny potas, tym większa dawka i częstotliwość stosowania nawozu mineralnego. System ten generalnie obowiązuje na glebach przepuszczalnych (bardzo lekkie, organiczne) o dużym ryzyku wymycia potasu. Stosowanie nawozów wieloskładnikowych, typu NPK, PK, także uzasadnia aplikację nawozu pod roślinę, nie ze względu na potas, lecz fosfor i ewentualnie azot. Zbyt duże, jednorazowe dawki potasu, ze względu na wysoki indeks solny nawozów potasowych, stanowią potencjalne zagrożenie dla kiełkujących nasion, zwłaszcza dla sianych punktowo. 2. Dawki dzielone Dzielenie całkowitej dawki potasu w uprawie jednej rośliny jest możliwe, lecz tylko w kilku przypadkach, a mianowicie: 1. Rodzaj gleby: piaszczyste i organiczne – ograniczenie dawki jesiennej z powodu zagrożenia potencjalnym wymywaniem jonów K+. 2. Niekorzystny stan finansowy gospodarstwa w okresie jesiennym. 3. Nawożenie startowe. Najbardziej uzasadnione jest dzielenie dawki potasu na glebach piaszczystych i organicznych. Głównym czynnikiem, wspomagającym decyzję rolnika jest niebezpieczeństwo wymywania jonów K+ w okresie spoczynku zimowego roślin. Na glebach przepuszczalnych dawka potasu musi być bezpośrednio odniesiona do potrzeb nawozowych rośliny w okresie jesiennej wegetacji. Na glebach lekkich o niskiej zasobności w potas, wielkość pierwszej dawki wyznacza jesienne zapotrzebowanie rośliny. W praktyce około 1/2 dawki całkowitej powinno stosować się jesie- 79 Potas – w produkcji roślinnej nią. Termin stosowania 2-giej części dawki przypada, najpóźniej na okres wczesnowiosenny, tuż przed ruszeniem wegetacji. Wybór nawozu potasowego ma znaczenie drugorzędne. Większą rolę odgrywa cel zabiegu i cena jednostkowa K w nawozie. Na glebach średnich i ciężkich metoda dawek dzielonych nie jest agrotechnicznie i ekonomicznie uzasadniona. Trzeci wariant stosowania potasu w dawkach dzielonych jest najbardziej zaawansowanym elementem technologii nawożenia wysoko-wydajnych upraw rolniczych. Podstawowym celem zastosowania niewielkiej dawki potasu, tuż przed ruszeniem wegetacji, jest przyspieszenie szybkości wzrostu roślin wiosną. Przy czym metoda ta ma uzasadnienie tylko w sytuacji, gdy spodziewać się można plonu większego od dotychczas zbieranego. Dawkę startową potasu należy stosować możliwie jak najwcześniej, gdyż termin późniejszy, niż ruszenie wegetacji, może być ekonomicznie niecelowy a to z powodu szybkiego rozwoju roślin i wynikającego stąd dużego zapotrzebowania łanu na potas (tab 8.6). 8.4. Techniki nawożenia Techniczne rozwiązania w zakresie metod stosowania nawozów potasowych są rozliczne, lecz sprowadzić je można do trzech zasadniczych wariantów technologicznych: 1. Rzutowe (aplikacje rzutowo – powierzchniowe; powierzchniowo-pasowe); Metody rzutowe mają na celu podniesienie poziomu zasobności gleby w całej warstwie, z którą zostaną wymieszane. 2. Rzędowe (aplikacji nawozu rzędowa z wariantami umieszczania nawozu z boku rzędu nasion; poniżej; wgłębnie) (rys. 8.4; fot. 8.1); Metody rzędowe, ściślej zlokalizowane, mają na celu minimalizację kontaktu gleba-nawóz, co tym samym zapewnia wysoką koncentrację składnika i jego dostępność dla Tabela 8.6. Nawożenie potasem w systemie dzielonym w uprawie rzepaku ozimego1 Warianty nawożenia K – nawóz Jesień Wiosna K – NPK Jesień Wiosna 1 Potrzeby nawozowe kg/ha P2O5 K2O N Przykłady nawozów Dawka Nawozu kg/ha 85+854 P-20 K-60 or K-40 N-27 K-60 or K-40 N-34 450 170/250 150 130/200 250+250 40 63 854 NPK2 NPK3 N-34 500 300 250 105 180 160 90 – – – – 100 – 80 – – 40 70 35 110 70 Przykład : rzepak ozimy, plon nasion 3,5 t/ha; średni poziom zasobności gleby w K mieszanka nawozowa – blending; 3nitrofoska; 4druga dawka azotu 2 80 Akademia Rolnicza w Poznaniu ziarno, t/ha 8,6 stanowiska reagujące na nawozenie K wszystkie stanowiska 8,4 8,2 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 kontrola rzutowy Źródło: Better Crops 82/3, 1998 rzędowy kontrola systemy nawożenia rzutowy rzędowy Rys. 8.4. System nawożenia kukurydzy potasem a plony ziarna. Fot. 8.1. Rzędowe stosowanie nawozów. 81 Potas – w produkcji roślinnej rośliny. Metody te wskazane są w uprawie roślin sianych w szerokie rzędy a jednocześnie o małym systemie korzeniowym. Metody te szczególnie zalecane są w technologiach bezorkowych, w których zachodzi sukcesywny proces akumulacji potasu w wierzchnich warstwach gleby, przy jednoczesnym ubożeniu warstw głębszych. Wskazanym jest więc wgłębna aplikacja nawozu. 3. Dolistne Dolistna aplikacja potasu jest możliwa, lecz nawet jednorazowe zastosowanie nawozu w fazie krytycznej nie pokryje potrzeb życiowych rośliny. Wielokrotne zabiegi oznaczają jednocześnie duże koszty, nie tyle nawozu co samego zabiegu-oprysku. 4. Inne metody nawożenia potasem: a. jednoczesny wysiew nasion z nawozami; Pojawia się niebezpieczeństwo zasolenia w strefie kiełkowania nasion. b. fertygacja ( jednoczesne nawadnianie z nawożeniem; odpowiedni dobór nawozu); c. iniekcja (punktowa lub rzędowa) 82 Przeprowadzone eksperymenty, w tym tylko nieliczne w Polsce, wykazały zdecydowaną przewagę form alternatywnych, względem klasycznych – rzutowych. Zalety metod rzędowych: - zmniejszona ilość stosowanego nawozu; - większa jednostkowa produktywność nawozu; Wadą tych metod jest generalnie wysoka cena sprzętu. Akademia Rolnicza w Poznaniu Rozdział 9. Literatura Amberger A. 1996. Pflanzenernährung. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 319. Aiken R.M., Smucker A.J., 1996. Root system regulation of whole plant growth. Annul Rev. Phytopathol., 34, 325-346. Barber S.A. 1985. Potassium availability at the soil-root interface and factors influencing potassium uptake. W: (ed. Munson R.D.) Potassium in Agriculture. ASA-CSSA-SSSA, 677 South Segoe Road, Madison, USA, 309-324. Barraclough P.B., Leigh R.A. 1993. Critical plant K concentrations for growth and problems in the diagnosis of nutrient deficiences by plant analysis. Plant and Soil, 155/156, 219-222. Bergmann W. 1992. Nutritional disorders of plants. Verlag Gustav Fisher, Jena, 741. Blecharczyk A., Małecka I. 2000. Wpływ zmianowania, monokultury oraz nawożenia organicznego i mineralnego na plonowanie rzepaku jarego. W: (ed. Grzebisz W.) Zbilansowane nawożenie rzepaku – aktualne problemy. AR Poznań: 185-189. Cakmak I. 2003. The role of potassium in alleviating detrimental effects of abiotic stresses in plants. W: (ed. Johnston A.E.) Feed the soil to feed the people. The role of potash in sustainable agriculture. Proceedings of IPI Golden Jubilee Congress, 1951-2002, Basel, 8-10 October 2002 , 325-343. Cruiziat P. 1989. Measurements of plant water status for comparative studies on drought resistance in plants. Proceedings of the 21st IPI Coll. on Methods of K- research in plants. Louvain-la-Neuve, Belgium, 235-251. Czuba R. 2001. Znaczenie potasu w polskim rolnictwie. IPI, Basel/Switzerland, 37. Czuba R., Fotyma M., Glas K., Anders E. 1994. Potas – składnik decydujący o wielkości i jakości plonów. IPI, Basel/Switzerland, 56. Day W. 1981. Water stress and crop growth. w: Johnson C.B. (ed.) Physiological processes limiting plant productivity, Butterworths, London, 199-215. Doorenbos J., Pruitt W.O. 1977. Water requirement. FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 24, FAO Rome, 144. Farat R., Kępińska-Kasprzak M., Kowalczak P., Mager P. 1995. Susze na obszarze Polski w latach 1951-1990. Mat. Bad. IMGW, Seria: Gospodarka Wodna i Ochrona Wód, 16. Finck A. 1992: Dünger und Düngung. VCH, Weinheim, RFN, 488. Fotyma M., Gosek S. 2000. Zmiany w zużyciu nawozów potasowych i ich konsekwencje dla żyzności gleby i poziomu produkcji roślinnej w Polsce. Nawozy i Nawożenie 1 (2): 9- 50. Foxt Ch., Guerinot M.L. 1998. Molecular biology of cation transport in plants. Annul Rev. Plant Physio. Plant Mol. Biol., 49: 669-96. Gething P.A. 1993. The potassiumnitrogen partnership. IPI Res. Topics, nr 13, 51. Gosek S., Fotyma M. 1998. Long term potassium balance in Poland. Fragmenta Agronomica 3/98: 443-453. Grzebisz W., Musolf R., Barłóg P., Potarzycki J. 2002. Potassium fertilization, water shortages during vegetation and crop yielding variability, the case of sugar beets. Biul. IHAR, 222: 19-30. 83 Potas – w produkcji roślinnej Grzebisz W. 2003. Nawożenie rzepaku potasem. IPI/AR Poznań, 48. Gutmański I. 2002. Znaczenie nawożenia potasem dla efektywnej uprawy buraka cukrowego. IPI, Basel/Switzerland, IHAR, Radzików/Polska, 32. GUS 1990, 1991, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003. Roczniki Statystyczne Rolnictwa. Warszawa. Haerdter R. 1997: Crop nutrition and plant health of rice based cropping systems in Asia. Agro-Chemicals News in Brief, vol. 20, No. 4: 307-316. Imas P. 1999. Nutrition management of potato. Report at The Global Conference on Potato. December, New Delhi, India. Johnston A:E; Barraclough P. B; Poulton P. R; Dawson C.J. 1998. An assessment of some spatially variable factors limiting crop yield. Proceedings No. 419, Inter. Fert. Society, York, Wielka Brytania, 48. Johnston A.E, Poulton P.R., Syers J.K. 2001. Phosphorus, potassium and sulfur cycles in agricultural soils. Proceedings No. 465, The In. Fert. Society, York, Great Britain, 44. Junk A., Claassen A. 1986. Availability in soil and acquisition by plants as the basis for phosphorus and potassium supply to plants. Zeitschrift für Acker und Pflanzenbau, 152, 151-157. Kochian L.V., Lucas W.J. 1988. Potassium transport in roots. Adv. Bot. Res. 15:93-178. Krauss A. 2000. Quality production at balanced fertilization: the key for competitive marketing of crops. Role of Fertilizers in Sustainable Agriculture. Int. Symposium of CIEC. 21-22 August, Suceava, Romania, 23-37. 84 Kuchenbuch R.O. 1987. Potassium dynamics in the rhizosphere and potassium availability. Proceedings of the 20th Colloquium of the IPI on Methodology in soil-K research, 23-25 June, Baden/Vienna. Bern/Switzerland, 199-218. Läuchli A. 1989. Selectivity and energy-coupling of cation uptake. Proceedings of the 21st Colloquium of the IPI on Methods of K-research in plants. Louvain-la-Neuve, Belgia. Bern, Switzerland, 13-26. Leigh R.A. 1989. Potassium concentrations in whole plants and cells in relation to growth. Proceedings of the 21st Colloquium of the IPI on Methods of K-research in plants. Louvain-laNeuve, Belgium, 117-126. Lindhauer M.G. 1983. Effect of potassium on water use efficiency. Proceedings of the 17th Coll. IPI, Berno, Switzerland, 81-97. Lindhauer M.G., 1989. The role of K+ in cell extension, growth and storage assimilates. W: Proceedings of the 21st Colloquium of the IPI on Methods of Kresearch in Plants. Louvain-la-Neuve, Belgium 1989,161-187. Lomas J. 1995. Climate and agricultural production. Proceedings; W: (eds. Grzebisz W., Kowalczak P., Szymczyk R.) Agrometeorology of Cerels, IMGW, Poznań, 41-58. Martin-Prevel P.F., 1989. Physiological processes related to handling and storage quality of crops. W: Proceedings of 21st Colloquium of the IPI, Lovain-la-Neuve, Belgium, 255-284. Marschner H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. Academic Press, London, 674. Akademia Rolnicza w Poznaniu Martin P. 1989. Long-distance transport and distribution of potassium in crop plants. W:Proceedings of the 21st Colloquium of the IPI on Methods of K-research in Plants. Louvain-laNeuve, Belgium 1989, 83-100. Mäser P., Gierth M., Schroeder J.I. 2002. Molecular mechanisms of potassium and sodium uptake in Plants, Plant and Soil 244, 43-54. Maathuis F.J.M., Sanders D., Mechanism of high-affinity potassium uptake in roots of Arabidopsis thaliana. Proc. Natl.Acad. Sci. USA, 91, 92729276, 1994. Maathuis F.J.M., Ichida A.M., Sanders D., Schroeder J.I. 1997. Roles of higher plant K+ channels. Plant Physiol. 114,1141-1149. Mengel K. 1985. Potassium movement within plants and its importance in assimilate transport. W: (ed. Munson R.D.) Potassium in Agriculture. ASA, CSSA, SSSA, Madison, USA, 397-411. Mengel K. 1989. Experimental approaches of K+ efficiency in different crop species. W: Proceedings of the 21st Colloquium of the IPI on Methods of K-research in Plants. Louvain-laNeuve, Belgium 1989, 67-76. Mengel K. 1991. Ernährung und Stoffwechsel der Pflanze. Gustav Fischer Verlag, Jena, RFN, 466. Merbach W., Schmidt L., Wittenmayer L. 1999. Die Dauerdüngungsversuche in Halle (Saale). B.G. Teubner, Stuttgart-Leipzig, 56-65. Mercik S. 1993. Regeneracja gleby silnie wyczerpanej z dostępnych form potasu i fosforu. Zesz. Nauk. AR Kraków 277 (37), 3-14. Monneveux P., Belhassen E. 1996. The diversity of drought adaptation in the wide. Plant Growth Regulation 20, 85-92. Mortvedt J.J., Murphy L.S., FOLLET R.H. 1999: Fertilizer technology and application. Meister Publishing Co., Willoughby, USA, 199. Müller K. 1988. Kartoffelbau, Jahrgang. 39, 102-105. Orlovius K. 2000. Wyniki badań nad wpływem nawożenia potasem, magnezem i siarką na rośliny oleiste w Niemczech. W: (ed. Grzebisz W.) Zbilansowane nawożenie rzepaku. AR Poznań, 229-240. Perrenoud S. 1990. Potassium and plant health. IPI-Research Topics No. 3, 2nd edition. IPI, Basel, Switzerland, 365. Prokoshew V.V., Dieriugin I.P. 2000. Potas i nawozy potasowe – zalecenia praktyczne. Moskwa.: Ledum, 185. Spalding E.P., Hirsch R.E., Lewis D.R., QI Z., Sussman M.R., Lewis D.D. 1999. Potassium uptake supporting plant growth in the absence of AKT1 channel activity. J. Gen. Physiol., 113 (6), 909-918. Rehm G., Schmitt M. 1997: Potassium for production. Paper No. FO-06794-GO. Univ. of Minnesota, 7. Rogozińska I. 2002. Znaczenie potasu dla uzyskania wysokiej jakości ziemniaków w Polsce. IPI Basel/Switzerland, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa Produktów Roślinnych A.T.R. Bydgoszcz/Polska, 19. Smucker A.J.M., Aiken R.M. 1992. Dynamic root responses to water deficits. Soil Science 154 (4), 281-289. Steudle E. 2000. Water uptake by plant roots: an integration of views. Plant and Soil, 226, 45-56. Syers J.K. 2003. Potassium in soils: current concepts. Proceedings of the IPI Congress on Feed the soil to feed the people. The role of potash in sustainable agriculture. (ed. Johnston A.E.), IPI Basel, Switzerland, 301-310. 85 Potas – w produkcji roślinnej Taylor H.M., Klepper B. 1978. The role of rooting characteristics in the supply of water to plants. Advances in Agronomy 30, 99-128. Tretyn A. 2002. Podstawy strukturalno-funkcjonalne komórki roślinnej. W: Kopcewicz J., Lewak S. Fizjologia roślin. PWN, Warszawa, 22-87. Walker D.J., Leigh R.A., Miller A.J. 1996. Potassium homoestasis in vacuolate plant cells. Proc. Natl.Acad. Sci., USA, 93, 10510-10514. Wojciechowski A., Szczepaniak W., Grzebisz W. 2002. Wpływ nawożenia potasem na plony i jakość technologiczną buraka cukrowego. Część I. Plony korzeni i cukru. Biuletyn Instytutu Hodowli I Aklimatyzacji Roślin- Radzików. Nr 222, 57-64. Wyrwa P., Diatta J.B., Grzebisz W. 1998. Spring triticale reaction to simulated drought and potassium fertilization. W: Proceedings of the 11th International Symposium on ”Codes of good fertilizer practice and balanced fertilization”, 27-29 September 1998, Puławy, Poland, 255-259. 86 Yousheng X., Chengfeng L., Fang C. 1991. Influence of boron and potassium application on the yield and quality of rapeseed. Proc. Intern. Symposium On the Role of Sulphur, Magnesium and Micronutrients in Balanced Plant Nutrition. Zagdańska B. 1992. Fizjologiczne kryteria odporności roślin na suszę. Biuletyn IHAR, 183, 11-17. Zhu J.-K. 2002. Salt drought stress signal transduction in plants. Annul Rev. Plant Biol., 53: 247-273. Akademia Rolnicza w Poznaniu Międzynarodowy Instytut Potasowy Potas – system nawożenia Fizjologiczna rola oraz praktyczne znaczenie potasu w uprawie roślin sadowniczych Rośliny sadownicze wymagają nawożenia zbilansowanego z ich potrzebami pokarmowymi. Ze względu na typowy dla nich wieloletni cykl uprawowy taki sposób zasilania składnikami mineralnymi drzew, krzewów i truskawek jest szczególnie ważny. Dobór różnych podkładek drzew owocowych do określonych stanowisk i potrzeb uprawowych, różnorodność odmian oraz stosowanie na plantacjach roślin sadowniczych wielu zabiegów agrotechnicznych takich jak m.in. formowanie koron, cięcie prześwietlajace - znacznie modyfikują gospodarkę składnikami mineralnymi drzew i krzewów. Zrównoważone dostarczanie roślinom składników pokarmowych na plantacjach towarowych, w dawkach dostosowanych do aktualnej zasobności gleby w składniki pokarmowe, korzystnie wpływa na ich wzrost, kwitnienie i zawiązywanie owoców, oraz ich dojrzewanie, a w konsekwencji na plonowanie i jakość owoców. Racjonalne zasilanie makro i mikroskładnikami pokarmowymi różnych gatunków drzew owocowych, krzewów jagodowych i truskawek Nawożenie rzepaku potasem i innymi składnikami Prof. Dr. Witold Grzebisz 2003 International Potash Institute Basel/Switzerland Akademia Rolnicza w Poznaniu Katedra Chemii Rolnej Wojska Polskiego 71 F, 60-625 Poznań, Polska POZNAN M I C ZA POTAS W TOWAROWEJ UPRAWIE ROŚLIN SADOWNICZYCH AK A D E Celem IPI jest • popieranie naukowych i praktycznych metod zwiększania żyzności gleby, poprzez stosowania nawozów, w szczególności potasowych; • promowanie zbilansowanego nawożenia, które ma przyczyniać się do utrzymania żyzności gleby, konkurencyjności rolników, tworzenia dochodu i rozwoju obszarów wiejskich; • gromadzenie wyników i informacji o skutkach zbilansowanego nawożenia; • upowszechnianie wiedzy na temat roli potasu w glebie, roślinie i jego wpływie na plon, jakość produktów rolnych oraz odporność roślin na stres. IPI zatrudnia, włącznie z pracownikami centrali w Bazylei (Szwajcaria), 10 koordynatorów, którzy swym działaniem obejmują Europę Centralną i Wschod- nią, Chiny, Azję Południowo-Wschodnią, kraje byłego Związku Radzieckiego, Łotwę, Litwę, Estonię, Indie, Sri Lankę, Bangladesz, Argentynę, Brazylię, Azję Zachodnią i Północną Afrykę. Koordynatorzy promują nawożenie roślin uprawnych potasem, wykorzystując trzy podstawowe metody działania: • projekty regionalne – demonstracje polowe i ścisłe doświadczenia polowe, cel – ciągłe poszerzanie wiedzy; • konferencje – dni pola, seminaria, sesje treningowe, warsztaty naukowe, cel – zdobywanie umiejętności przez rolników; • publikacje – broszury i biuletyny tematyczne z zakresu nawożenia roślin uprawnych, a także plakaty, materiały konferencyjne, raporty krajowe, cel – upowszechnianie wiedzy. I N Międzynarodowy Instytut Potasowy (ang. International Potash Institute - IPI) został założony w roku 1952 w Bernie (Szwajcaria) przez niemieckich i francuskich producentów nawozów potasowych. Jest to pozarządowa, nie zarobkowa organizacja, wspomagana przez Europejski i Blisko-Wschodni przemysł potasowy. Członkami IPI są spółki: • Arab Potash Company, Amman, Jordania • Belaruskali, Soligorsk, Białoruś • Dead Sea Works Ltd., Beer Sheva, Izrael • International Potash Company, Moskwa, Rosja • K+S KALI GmbH, Kassel Niemcy • Silvinit, Solikamsk, Rosja • Tessenderlo Chemie, Bruksela, Belgia • Uralkali, Berezniki, Rosja OL 87 Potas – w produkcji roślinnej W Europie Środkowej i Wschodniej IPI rozpoczęło swą działalność w latach 90-tych XX wieku. W tym okresie, we współpracy z wieloma instytucjami naukowymi, między innymi z Akademią Rolniczą w Poznaniu, przeprowadzono dużą liczbę doświadczeń polowych, demonstracji polowych, seminariów, sesji treningowych i wydano szereg publikacji, czego najlepszym przykładem jest książka "Potas w produkcji roślinnej” (właśnie się ukazała). Wszystkie rodzaje aktywności, podejmowane przez IPI, pomagają rolnikowi w zrozumieniu roli potasu w produkcji roślinnej. Potas jest pierwiastkiem, który w różnoraki sposób wpływa na sukces rolnika w produkcji roślinnej, zarówno poprzez wzrost plonu i poprawę jego jakości (barwa, smak), jak i poprzez wzrost odporności roślin na 88 choroby i szkodniki, a także tolerancji roślin na niskie temperatury i suszę. Międzynarodowy Instytut Potasowy promując stosowanie nawozów potasowych jest partnerem rolnika.
