Применение калийных удобрений в мире и исследования по агрохимии калия

Сравнительный анализ уровня применения минеральных удобрений, включая калийные удобрения, на примере крупных развитых стран мира позволяет получить важную информацию, с помощью которой, безусловно, можно выработать необходимые ориентиры для будущего развития растениеводства в России. Подобные данные были обобщены для четырех развитых стран – США, Канады, Франции и Германии, исходя из статистической информации по объемам потребления минеральных удобрений в этих странах, а также площади пашни, краткосрочных сенокосов и пастбищ (до 5-ти лет использования) и многолетних насаждений. Эти данные публикуются Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций [1].
Результаты проведенных расчетов представлены на рис. 1. Сразу обращает на себя внимание заметное снижение уровня применения азотных, фосфорных и калийных удобрений во всех вышеуказанных странах в период кризиса 2008-09 гг. Важно отметить, что спрос на минеральные удобрения в мире в 2011 г. практически полностью восстановился после этого экономически сложного периода. В среднем за проанализированный период (2002-09 гг.) применение азота, фосфора и калия в д.в. на 1 гектар площади пашни, краткосрочных сенокосов и пастбищ и многолетних насаждений составило, соответственно: 67, 23 и 25 кг – в США; 31, 13 и 5 кг – в Канаде; 113, 30, 38 кг – во Франции; 142, 23 и 35 кг – в Германии. Несомненно, реальный уровень поступления элементов питания в почву в указанных странах существенно выше, если учитывать и внесение органических удобрений. Например, согласно имеющимся оценкам [2], животноводческая отрасль Канады ежегодно дает порядка 150 млн. т разных видов органических удобрений (навоз, птичий помет, жидкие стоки). В расчете на 1 гектар площади пашни, краткосрочных сенокосов и пастбищ и многолетних насаждений в этой стране получается в среднем около 2,9 т органических удобрений.


Рис. 1. Применение минеральных удобрений в ряде развитых стран, кг д.в./га (включая пашню, краткосрочные сенокосы и пастбища и многолетние насаждения) [1]

Высокий уровень применения минеральных удобрений, в том числе и калийных, в развитых странах обеспечивает адекватное питание сельскохозяйственных культур и, безусловно, позволяет получать высокие урожаи. Расчет соотношения элементов питания (N:P₂O₅:K₂O) в применяемых минеральных удобрениях в среднем за 8 лет свидетельствуют о том, что в США данное соотношение составило 1,00:0,34:0,37; в Канаде – 1,00:0,42:0,16; во Франции – 1,00:0,27:0,34, а в Германии – 1,00:0,16:0,25. Следовательно, на калий в минеральных удобрениях в трех развитых странах, исключая Канаду, приходится 25-37% от количества вносимого азота.
По сравнению с другими странами невысокий уровень применения минеральных удобрений в Канаде в целом объясняется относительно большой долей пастбищ в этой стране и низким уровнем применения минеральных удобрений на данных угодьях, а также, безусловно, внесением органических удобрений. Кроме того, большое количество фермерских земель, особенно в провинциях Саскачеван и Альберта, находится в полуаридной климатической зоне, где при низком количестве осадков потенциальная урожайность сельскохозяйственных культур невысока, и вносятся небольшие дозы минеральных удобрений.
Как отмечено выше, средний уровень применения калийных удобрений в США, Франции и Германии за 8 лет составил 25-38 кг K₂O/га. Сравнительно низкий уровень применения калийных удобрений в Канаде частично можно объяснить тем, что почвы этой страны, в основном развитые на относительно молодых гляциальных отложениях, имеют высокое содержание природного калия в доступной растениям форме. Как в свое время показали проведенные исследования, почвы Канады способны высвобождать существенные количества калия из необменной формы [3].
Международный институт питания растений (МИПР) уделяет важное внимание исследованиям, связанным с питанием сельскохозяйственных культур калием. Выше уже отмечалось снижение объемов применения минеральных удобрений в период кризиса 2008-09 гг. В этой связи очень важно понять, как это могло отразиться на плодородии почв. Например, в США и Канаде осенью 2009 г. и весной 2010 г. в рамках очередного почвенного обследования были проанализированы показатели плодородия в примерно 4,4 млн. почвенных образцах. Что касается содержания обменного калия Здесь и далее: обменный калий, извлекаемый 1 M раствором CH₃COONH₄. в почвах Северной Америки, то медианное значение составило 181 мг К₂O/кг почвы, снизившись на 5 мг К₂O/кг почвы или на 3% по сравнению с уровнем предыдущего почвенного обследования, которое проводилось в 2004-05 гг. [4]. При этом медианные значения во многих штатах США восточнее р. Миссисипи и в восточных провинциях Канады находились либо на уровне, либо были ниже критического содержания обменного калия для почв данных регионов. Это свидетельствует о том, что, вероятно, как минимум половина из вышеупомянутых обследованных территорий нуждается в систематическом ежегодном внесении калийных удобрений для того, чтобы не допустить снижения урожайности сельскохозяйственных культур. Было также отмечено [4], что в западной части «кукурузного пояса» США и на большей части Великих Равнин вынос калия из почв с урожаем культур значительно превышает поступление калия с удобрениями, что привело к снижению содержания обменного калия в почвах по сравнению с результатами обследования, проведенного ранее. Во многих северо-восточных регионах Северной Америки последнее почвенное обследование также выявило существенное снижение содержания обменного калия в почвах.
Оптимизации применения минеральных удобрений при выращивании современных высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур уделяется важное внимание в разных регионах мира. Так, в китайской провинции Сычуань на аллювиальной почве легкого гранулометрического состава в 2005-08 гг. был проведен полевой опыт в севообороте рис – пшеница [5]. Данный опыт интересен еще и тем, что в нем применялась беспахотная система обработки почвы. Исходная агрохимическая характеристика почвы свидетельствует о том, что зерновые культуры могут испытывать недостаток калия на данной почве, так как содержание обменного калия составило 117 мг К₂О/кг почвы. Калийные удобрения вносились в виде К_х. Урожайность риса и пшеницы в зависимости от доз минеральных удобрений представлена на рис. 2. Согласно полученным результатам, внесение калийных удобрений в дозах 60 и 120 кг К₂О/га повышало урожай зерна риса, соответственно, на 6 и 13%. Окупаемость 1 кг К₂О прибавкой урожая зерна при этом составила, соответственно, 10,3 и 10,2 кг/кг. Под действием калийных удобрений, внесенных в дозах 30 и 60 кг К₂О/га, урожай зерна пшеницы вырос, соответственно, на 8 и 32%. Окупаемость 1 кг К₂О прибавкой урожая зерна пшеницы была очень высокой, составив, соответственно, 16,3 и 31,2 кг/кг. Следовательно, в указанных почвенно-климатических условиях применение калийных удобрений в рекомендуемых дозах, особенно под пшеницу, позволяет фермерам получать хорошую прибыль.


Рис. 2. Средняя урожайность зерна риса за четыре сезона (слева) и пшеницы за три сезона (справа) при внесении разных доз калийных удобрений в полевом опыте в китайской провинции Сычуань (2005-08 гг.), т/га [5]

Как известно, калий оказывает сильное влияние на показатели качества сельскохозяйственных культур. Эта тема была подробно рассмотрена в специальном обзоре по овощным и фруктовым культурам [6]. Данный вопрос исследовался также и в полевом опыте с дыней-канталупой, который проводился в 2005-07 гг. на юге американского штата Техас на карбонатной почве с высоким содержанием обменного калия (>600 мг К₂О/кг почвы) [7]. В данном опыте изучались некорневые подкормки дыни-канталупы разными формами калийных удобрений – хлоридом калия, нитратом калия, монофосфатом калия, сульфатом калия, тиосульфатом калия, а также хелатным комплексом калия с глицином. Было показано, что некорневые подкормки изученными формами калийных удобрений в период формирования плодов повышают содержание калия в растительных тканях, что связано с недостаточным поступлением калия в растения из карбонатной почвы даже при ее очень высокой обеспеченности обменным калием. В данном случае, безусловно, сказывался антагонизм между калием и кальцием, а также между калием и магнием. Только применение нитрата калия не приводило к статистически значимому росту концентрации калия в растениях. Также за исключением нитрата калия, некорневые подкормки всеми остальными формами удобрений достоверно увеличивали содержание растворимых сухих веществ, сахаров и витаминов (аскорбиновой кислоты, бета-каротина) в плодах. Важно отметить, что подкормки растений калием улучшали прочность плодов, а это немаловажно при транспортировке продукции.
В штате Калифорния (США) в последние годы возникла потребность в возобновлении исследований по калийфиксирующей способности почв [8]. Присутствие вермикулита в почвах восточной части долины Сан-Хоакин данного штата объясняет их высокую калийфиксирующую способность. Вермикулит в основном сосредоточен в пылеватой (0,002-0,05 мм) и тонкопесчаных (0,05-0,25 мм) фракциях почвы, и максимальная доля внесенного в почву калия фиксируется именно пылеватой фракцией при существенной фиксации калия и тонкопесчаными фракциями почвы. Ранее с проблемой питания растений калием на почвах с высокой калийфиксирующей способностью в вышеуказанном регионе сталкивались в основном хлопководы. Для устранения недостатка калия у хлопчатника здесь требуется вносить очень высокие дозы калийных удобрений. В последние десятилетия в регионе стало развиваться виноградарство за счет площадей, ранее занятых пастбищами. В связи с этим возникла острая необходимость в разработке системы удобрения виноградников с учетом высокой калийфиксирующей способности почв. Сложность состоит еще и в том, что концентрация калия в виноградном соке не должна подниматься до высоких значений, поскольку это может создать проблемы в процессе изготовления вина.
Отдельная работа была посвящена вопросам, связанным с удобряемым объемом почвы и дифференциацией содержания обменного калия в почвах в современных системах выращивания кукурузы на зерно [9]. Действительно, при ленточном способе внесения удобрений (одновременно с посевом, при полосовой обработке почвы) возникает вопрос, как размещать данные ленты с удобрениями в каждый последующий год. При использовании ресурсосберегающих систем обработки почвы наблюдается дифференциация почвенного профиля по содержанию обменного калия и его накопление вблизи поверхности почвы (как и в случае с подвижным фосфором). Анализ накопленных экспериментальных данных позволил авторам сделать вывод о том, что содержание обменного калия в почве в большей степени зависит от того, проходил ли через данную точку поля ряд растений кукурузы, чем от местоположения лент, куда ранее вносились калийные удобрения. Поскольку растения кукурузы поглощают много калия, и затем большое его количество возвращается в почву за счет вымывания из стеблей, а также корней, имеет смысл из года в год смещать именно ряды растений. Как отмечают авторы данного исследования, это позволит увеличить объем почвы, куда поступает калий, и добиться более равномерного содержания обменного калия в почве в пределах конкретного поля. В конечном же итоге это будет способствовать росту урожайности.
В недавно опубликованном обзоре [10] было показано, что наряду с краевым хлорозом и некрозом листьев – наиболее хорошо известными внешними признаками дефицита калия, существуют и другие симптомы недостатка этого элемента питания, которые проявляются у растений кукурузы. Среди дополнительных внешних признаков недостатка калия у кукурузы можно отметить, например, снижение высоты растений, уменьшение размеров листьев и площади листовой поверхности, замедление вегетативного роста, задержку выметывания метелок и пестичных столбиков, увеличение полегания растений (в том числе и от стеблевых гнилей, усиливающихся при недостатке калия). Эти отставания и изменения в развитии растений бывает трудно выявить, особенно когда на поле нет контрольного участка с достаточной обеспеченностью растений калием. В связи с этим рекомендуется закладывать подобный участок и сохранять его в севообороте, чтобы всегда для сравнения были хорошо обеспеченные калием растения.
Недавние исследования в американских штатах Висконсин и Мичиган показали, что в ряде случаев, но не всегда, растения сои, испытывающие недостаток калия, больше страдают от повреждения соевой тлей по сравнению с растениями, достаточно обеспеченными калием [11]. Причиной этого могут быть различия в аминокислотном составе флоэмного сока у данных двух групп растений. Анализ соотношения 18-ти незаменимых аминокислот во флоэмном соке позволил установить, что между относительной долей аминокислоты аспарагина и содержанием обменного калия в почве существует обратная корреляция, в то время как для других аминокислот подобных зависимостей выявлено не было. Например, при содержании обменного калия, равном 145 мг К₂О/кг почвы, на долю аспарагина во флоэмном соке приходилось 3-10% от суммы аминокислот. При низком же содержании обменного калия, равном 24 мг К₂О/кг почвы, доля аспарагина достигала 8-20%. Считается, что тля получает весь свой рацион азота за счет аминокислот, содержащихся во флоэмном соке. По мере того, как растения испытывают все больший стресс, вызванный недостатком доступного калия в почве, они реагируют выделением во флоэму большего количества свободных аминокислот, таких как аспарагин, для того, чтобы уравновесить осмотический дисбаланс. Питаясь таким флоэмным соком, тля быстрее развивается и воспроизводит потомство. Безусловно, достаточное питание растений калием не может гарантировать стопроцентную защиту от соевой тли, но позволяет уменьшить потери урожая при повреждении этим насекомым-вредителем, которое к тому же является переносчиком вирусных и грибных заболеваний.
Таким образом, калийной тематике уделяется серьезное внимание во многих регионах мира, поскольку сбалансированное применение минеральных удобрений – это основа получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и собственной продовольственной безопасности любой страны, а также ее экспортного сельскохозяйственного потенциала.

1. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2012. http://faostat.fao.org
2. Agnew J. Odour and greenhouse gas emissions from manure spreading. PhD Thesis. University of Saskatchewan, 2010. Saskatoon, Canada. 307 p.
3. MacLean A.J. Potassium-supplying power of some Canadian soils. Canadian Journal of Soil Science. 1961. Vol. 41. P. 196-206.
4. Fixen P.E., Bruulsema T.W., Jensen T.L. et al. The Fertility of North American Soils, 2010. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №4. P. 6-8.
5. Tu Sh., Sun X., Liao M. et al. Determining an optimal fertilization strategy for no-till rice-wheat cropping. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №1. P. 10-12.
6. Lester G.E., Jifon J.L., Makus D.J. Impact of potassium nutrition on food quality of fruits and vegetables: a condensed and concise review of the literature. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №1. P. 18-21.
7. Jifon J.L., Lester G.E. Effect of foliar potassium fertilization and source on cantaloupe yield and quality. Better Crops with Plant Food. 2011. Vol. 95, №1. P. 13-15.
8. Pettygrove S., O’Geen T., Southard R. Potassium fixation and its significance for California crop production. Better Crops with Plant Food. 2011. Vol. 95, №4. P. 16-18.
9. Murrell T.S., Vyn T.J. Precision management of root zone potassium for corn: considerations for the future. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №4. P. 24-25.
10. Murrell T.S. Visual indicators of potassium deficiency in corn. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №1. P. 14-15.
11. Bruulsema T., DiFonzo C., Gratton C. How potassium nutrition can suppress soybean aphids. Better Crops with Plant Food. 2010. Vol. 94, №2. P. 11-13.