Влияние калийного питания на качество фруктов и овощей: краткий обзор литературы

Калий - один из необходимых элементов минерального питания растений, который оказывает значительное влияние на содержание в плодах и овощах полезных для здоровья человека питательных веществ, определяющее качество плодов и овощей. (Usherwood, 1985). Хотя калий не входит в состав каких-либо органических молекул или растительных структур, он участвует во многих биохимических и физиологических процессах, жизненно важных для нормального роста и развития растений, формирования урожая и качества продукции, а также устойчивости растений к стрессу (Marschner, 1995; Cakmak, 2005). Кроме регулирования работы устьиц в процессах транспирации и фотосинтеза, калий также участвует в реакциях фотосинтетического фосфорилирования, транспорте продуктов фотосинтеза из листьев по флоэме к запасающим органам, активизирует работу ферментов, поддерживает тургор, а также повышает устойчивость растений к стрессу (Usherwood, 1985; Doman and Geiger, 1979; Marschner, 1995; Pettigrew, 2008). Оптимальное калийное питание овощных и плодовых культур способствует росту урожайности, увеличению размера плодов и содержания в них растворимых сухих веществ и аскорбиновой кислоты, улучшению цвета, а так же удлиняет срок хранения и повышает сохранность плодов при транспортировке (Geraldson, 1985; Lester et al., 2005, 2006, 2007; Kanai et al., 2007).
Хотя валовое содержание калия во многих поч­вах высокое, бóльшая часть калия в почве может быть недоступна для растений. Это происходит отчасти потому, что запасы доступных для растений форм калия, существенно ниже, чем валовые запасы калия в почве. Калий существует в почве в различных формах, включая калий минерального скелета (90–98% от валовых запасов К), необменный калий, обменный калий и калий почвенного раствора (К⁺ ионы). Однако растения могут непосредственно поглощать только калий почвенного раствора (Tisdale et al., 1985). Поглощение калия растениями, в свою очередь, зависит от многих факторов - особеннос­тей культуры, а также факторов окружающей среды (Tisdale et al., 1985; Marschner, 1995; Brady and Weil, 1999). Например, оптимальная влажность почвы способствует диффузии ионов калия к корням растений, на долю которой приходится обычно более 75% от общей миграции почвенного калия. Массопоток, который тоже вносит некоторый вклад в миграцию калия в почве, также требует достаточного содержания почвенной влаги. Скогли и Хаби (Skogley and Haby, 1981) обнаружили, что повышение влажности почвы с 10 до 28% приводило к увеличению общей миграции калия более чем вдвое. Поэтому недостаток почвенной влаги может ограничивать миграцию калия в почве, а также его поглощение растениями, и, таким образом, приводить к дефициту калия у растений.
Свойства почвы также сильно влияют на доступность калия растениям. Например, глинистые почвы могут иметь высокую К-фиксирующую способность и, следовательно, отзывчивость растений на внесение калийных удобрений на таких почвах может быть низкой, потому что большая часть доступного калия быстро связывается глинистыми минералами (Tisdale et al., 1985; Brady and Weil, 1999). Таким образом, фиксация калия почвой может способствовать снижению его потерь от вымывания и создавать запас почвенного калия, который может быть использован последующими культурами в долгосрочной перспективе. С другой стороны, песчаные почвы обычно имеют низкую калийснабжающую способность из-за низкой емкости катионного обмена.
Карбонатные почвы обычно имеют высокое содержание ионов кальция (Са²⁺), которые преобладают на поверхности глинистых минералов и других обменных позициях почвенного поглощающего комп­лекса (ППК). Хотя это может ограничивать сорбцию калия и повышать его содержание в почвенном растворе, высокие концентрации других катионов, особенно Са²⁺ и Mg²⁺, препятствуют поглощению калия корнями растений из-за конкуренции за обменные центры на поверхности корней, связывающие ионы из почвенного раствора. Следовательно, у сельскохозяйственных культур, выращиваемых на карбонатных почвах, признаки недостатка калия могут проявляться даже в том случае, когда результаты почвенных анализов свидетельствуют о достаточной обеспеченности почвы доступным калием (Havlin et. al., 1999).
Поглощение калия также зависит от биологичес­ких факторов – генетических особенностей возделываемой культуры и стадии развития (фаза вегетативного роста по сравнению с репродуктивной; Rengel et al., 2008). У многих плодоносящих видов поглощение калия происходит, главным образом, в фазу вегетативного роста, когда большие запасы углеводов доступны для процессов роста корней и поглощения. Конкуренция за продукты фотосинтеза между развивающимися плодами и вегетативными органами в репродуктивную фазу может ограничивать рост и активность корней, а также поглощение калия из почвы. В таких условиях внесение калийного удобрения в почву может оказаться недостаточной мерой для коррекции дефицита калия у растений, вызванного их интенсивным развитием, в том числе из-за снижения роста и активности корней во время репродуктивного развития, а также из-за конкуренции других катионов за обменные центры на корнях, связывающие ионы из почвенного раствора (Marschner, 1995).
В работе, опубликованной в журнале Better crops with Plant Food и других журналах (Lester et al., 2005, 2006, 2007), показано, что внекорневая подкормка калийными удобрениями улучшала как товарные качества мускусной дыни, повышая ее твердость и сахаристость, так и важные для здоровья человека показатели качества продукции, увеличивая содержание аскорбиновой кислоты и бета-каротина. При этом повышалось и содержание обменного К в почве, которое соответствовало высокому уровню обеспеченности растений. Тем не менее, опубликованные в литературе данные о действии калийных удобрений на качество плодоовощной продукции противоречивы из-за того, что и почвенное, и внекорневое внесение разных форм калийных удобрений изучались в разных почвенно-климатических условиях (сезонах) при разных сроках и кратности внесения. В настоящем обзоре обобщены результаты опубликованных работ по действию калийных удобрений на качество продукции ряда плодовых, ягодных, овощных и бахчевых культур. При этом особое внимание уделяется сравнению эффективности разных видов калийных удобрений, а также способов их внесения (внесение в почву, внекорневые подкормки).

Сравнение эффективности различных видов калийных удобрений

Хотя опубликовано много работ, в которых описаны примеры положительного эффекта от применения калийных удобрений на устойчивость растений к болезням, а также урожайность, вес, твердость, сахаристость, вкусовые качества, лежкость плодов и содержание биологически активных полезных для человека веществ в плодах, противоположные примеры тоже описаны в научной литературе (табл. 1). Эти противоречивые результаты нельзя не принимать во внимание, однако их можно объяснить различиями в способе внесения калийных удобрений (например, внесение в почву в сравнении с внекорневыми подкормками, фертигацией или гидропоникой) и особенностями действия разных видов калийных удобрений (например, KCl, K₂SO₄, KNO₃ , хелатный комплекс калия с глицином).

Обзор публикаций, охватывающих последние 20 лет, представлен в табл. 1. Результаты подавляющего большинства рассматриваемых исследований показали, что внесение калийных удобрений оказывает положительное влияние на некоторые показатели качества плодов. Однако восемь работ, включая изучение действия калийных удобрений на качество яблок (Hassanloui, et al., 2004), огурцов, (Umamaheswarappa and Krishnappa, 2004), манго (Rebolledo-Martinez et al., 2008), груш (Johnson et al., 1998), сладкого перца (Hochmuth et al., 1994), клубники (Albregts et al., 1996) и арбузов (Locascio and Hochmuth, 2002; Perkins-Veazie et al., 2003), отличаются своими выводами. Эти авторы не обнаружили никаких или почти никаких изменений (т.е. улучшений) в качестве плодов при применении калийных удобрений. Интересно, что, за исключением исследований на деревьях яблони, общим для всех вышеуказанных работ является прямое внесение калийных удобрений в почву и часто скудная информация о сроках их внесения, а также физических и химических свойствах почвы. Однако эти факторы могут влиять на доступность элементов питания в почве и их поглощение растениями, а внесение калийных удобрений в почву в некоторых условиях может не влиять или оказывать незначительное влияние на поглощение калия, а также урожайность и качество плодов (Tisdale et al., 1985; Brady and Weil, 1999).


В ряде работ (например, исследования качества огурцов, манго и мускусной дыни) по сравнению внесения в почву и внекорневых подкормок калийными удобрениями показано, что последний способ приводил к достоверному улучшению показателей качества плодов. В то же время внесение удобрений в почву обычно имело незначительный эффект или вообще не оказывало никакого влияния на качество продукции (табл. 1) (Demiral and Koseoglu, 2005; Lester et al., 2005, 2006; Jifon and Lester, 2009).

Более того, в работах, в которых изучалось дейст­вие различных видов калийных удобрений, положительный эффект зависел от вида удобрения. Например, Джифон и Лес­тер (Jifon and Lester, 2009) показали, что внесение в почву или внекорневые подкормки нитратом калия (KNO₃) во второй половине вегетации слабо влияют или вообще не оказывают никакого положительного эффекта на товарный вид плодов и содержание в них полезных для человека питательных веществ. В некоторых случаях эти показатели были фактически хуже при внесении KNO₃ по сравнению с контрольными делянками опытов.
Настоящая статья показывает, что при рассмот­рении вопроса о внесении калийных удобрений специалист-практик должен осознавать, что данных только почвенного анализа может быть недостаточно чтобы принять наиболее адекватное решение. Результаты почвенного анализа, разумеется, имеют важное значение и полезны при принятии решений, однако необходимо также учитывать и другие факторы: динамику потребности растений в калии, вид калийных удобрений и сроки внесения. Высокое содержание доступного для растений калия в почве не всегда гарантирует, что растения не будут отзывчивы на внесение калийных удобрений. Более того, в случае высокой потребности в калии во время формирования плодов внекорневая калийная подкормка может улучшить некоторые показатели качества плодов.

Д-р Лестер (gene.lester@ars.usda.gov) и д-р Макус - сотрудники Субтропического центра сельскохозяйственных исследований департамента сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDAARS), Kika de la Garza, 2413 East Business Highway 83, Building 200, Weslaco, Texas 78596 USA. Д-р Джифон – сотрудник Исследовательского центра селекции плодовых и овощных культур «АгриЛайф» в Техасе, «Техас АиМ Систем», 2415 East Business Highway 83, Weslaco, Texas 78596 USA.

Перевод с английского и адаптация: С.Е. Иванова

Редакция: В.В. Носов

Литература

Albregts, E.E., G.J. Hochmuth, C.K. Chandler, J. Cornell, and J. Harrison. 1996. J. Am. Soc. Hort. Sci. 121: 164-168.

Ananthi, S., D. Veeraragavathatham, K. Srinivasan. 2004. South Indian Hort. 52: 152-157.
Ashok, K. and K. Ganesh. 2004. Adv. Plant Sci. 17: 519-523
Attala, E.S. 1998. Egyptian J. Agric. Res. 76:709-719.
Brady, N.C. and R.R.Weil. 1999. The Nature and Properties of Soils. 9th Edition. Macmillan Publishing Company, New York. 750 p.
Cakmak, I. 2005. J. Plant Nutr. Soil Sci. 168:521-530
Chapagain, B.P. and Z. Wiesman. 2004. Sci. Hort. 102:177-188
Chapagain, B.P. and Z.Wiesman. 2003. Sci Hort. 99: 279-288
Chapagain, B.P., Z. Wiesman, M. Zaccai, P. Imas, and H. Magen. 2003. J. Plant Nutr. 26: 643-658.
Cooke, D.L. and D.T. Clarkson.1992. Plenum Press, N.Y. pp 75-208
Costa-Araujo, R., C.H. Bruckner, H.E. Prieto-Martinez, L.C. Chamhum-Salomao, V.H. Alvarez, A. Pereira de-Souza, W.E. Pereira, and S. Hizumi. 2006. Fruits. 61:109-115
Demiral, M.A. and A.T. Koseoglu. 2005. J. Plant Nutr. 28: 93-100
Doman, D.C. and D.R. Geiger. 1979. Plant Physiol. 64:528-533.
Dutta, P. 2004. Orissa J. Hort. 32: 103-104.
Dutta, P., A.K. Chakroborty, and P.K. Chakroborty. 2003. Ann. Agric. Res. 24:786-788
El-Gazzar, A.A.M. 2000. Ann. Agric. Sci., Cairo. 3(Special):1153-1160
El-Masry, T.A. 2000. Ann. Agric. Sci., Moshtohor. 38:1147-1157
Fanasca, S., G. Colla, Y. Rouphael, F. Saccardo, G. Maiani, E. Venneria, and E. Azzini. 2006. HortScience. 41:1584-1588
Flores, P., J.M. Navarro, C. Garrido, J.S. Rubio, and V. Martinez. 2004. J. Sci. Food Agric. 84: 571-576.
Geraldson, C.M. 1985. Potassium nutrition of vegetable crops. In Munson, R.D. (ed) Potassium in Agriculture. ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI. pp 915- 927.
Ghosh, S.N. and R.K.Tarai. 2007. Indian J. Fert. 3:47-49.
Gill, P.S., S.N. Singh, and A.S. Dhatt. 2005. Indian J. Hortic. 62:282-284
Golcz, A., P. Kujawski, and B. Politycka. 2004. Folia Universitatis Agriculturae Stetinensis, Agricultura. (95):109-113.
Guo, X.S., S.Y. Ye, W.J. Wang, H.B. Zhu, J. Xu, and L.S.Wu. 2004. Plant Nutr. Fertilizer-Sci. 10:292-297.
Haggag, M.N.1990. Alexandria J. Agril. Res. 1988. 33:157-167.
Hassanloui M.R.D., M. Taheri, and M.J. Malakouti. 2004. J. Agric. Eng. Res. 5:71-84.
Havlin, J.L., J.D. Beaton, S.L.Tisdale, and W.L. Nelson. 1999. Soil Fertility and Fertilizers. 6th Edition. Prentice Hall. Upper Saddle River, NJ. 499 p.
He, Z.J., G.L. Zhang, G.W. Zhang, L. Ma, and Y. Tong. 2002. J. Fruit Sci. 2002 19:163-166.
Herath, H.M.I., D.C. Bandara, and D.M.G.A. Banda. 2000. Trop. Agric. Res. 12:352-359.
Hewedy, A.M. 2000. Egyptian J. Agric. Res. 78:227-244.
Hochmuth, G., K. Shuler, E. Hanlon, and N. Roe.1994. Proc. Florida State Hort. Soc. 107:132-139.
Ibrahim, A., T. Abdel-Latif, and S. Gawish, and A. Elnagar. 2004. Arab Universities J. Agric. Sci. 12:469-48.
Jifon, J.L. and G.E. Lester. 2009. J. Sci. Food Agric. 89:2452-2460.
Jahan, N., Q.A. Fattah, and M.A. Salam. 1991. Bangladesh J. Bot. 20:163-168.
Johnson, D.S., T.J. Samuelson, K. Pearson, and J. Taylor. 1998. J. Hort. Sci. Biotechnol. 73:151-157.
Kanai, S., K. Ohkura, J.J. Adu-Gyamfi, P.K. Mohapatra, N.T. Nguyen, H. Saneoka, and K. Fujita. 2007. J. Exp. Bot. 58:2917-2928.
Ke, L.S. and W.D. Wang. 1997. J. Agric. Assoc. China. 179:15-29.
Khayyat, M., E. Tafazoli, S. Eshghi, M. Rahemi, and S. Rajaee. 2007. Amer. Eurasian J. Agric. Environ. Sci. 2:539-544.
Lester, G.E., J.L. Jifon, and W.M. Stewart. 2007. Better Crops. 91:(1)24-25.
Lester, G.E., J.L. Jifon, and D.J. Makus. 2006. HortScience. 41:741-744.
Lester, G.E., J.L. Jifon, and G. Rogers. 2005. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 130:649-653.
Lester, G.E., Arias L. Saucedo, and Lim M. Gomez Lim. 2001. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 126:33-36.
Li, R.H., D.B. Xu, and Q.W. Huang. 2008. China Vegetables. 6:17-20.
Li, S., Y. Xu, W.S. White, S. Rodermel, and H. Taber. 2006. FASEB J. 20(5, Part 2):A1059.
Lin, X.Y, Y.S. Zhang, M.Z. Cai, Y.P. Zhang, G. Li, and X.E.Yang. 2006. Plant Nutr. Fertil. Sci. 12:82-88.
Locascio, S.J. and G.J. Hochmuth. 2002. HortScience. 37:322-324.
Magen, H., P. Imas, Y. Ankorion, and A. Ronen. 2003. Proc. Int. Fertil. Soc. (524):13-24.
Marschner, H. 1995. Functions of Mineral Nutrients: Macronutirents, p. 299-312.
In: H. Marschner (ed.). Mineral Nutrition of Higher Plants, 2nd Edition. Academic Press, N.Y.
Muthumanickam, D. and G. Balakrishnamoorthy.1999. South Indian Hort. 47:152-154.
Naresh, B. 1999. Bioved. 10:39-42
Nava, G., A. Roque-Dechen, and G. Ribeiro-Nachtiga. 2008. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 39:96-107.
Ni, W.Z., J.S. Liang, and R. Hardter. 2001. Pedosphere. 11:251-255.
Perkins-Veazie, P., W. Roberts, and K. Perez. 2003. Hortscience. 38:816-817.
Pettigrew, W.T. 2008. Physiol. Plant. 133:670-681.
Rebolledo-Martinez, A., A. Lid-del-Angel-Perez, and J. Rey-Moreno. 2008. Interciencia. 33:518-522.
Rengel, Z., P.M. Damon, and I. Cakmak. 2008. Physiologia Plantarum 133:624-636.
Shawky, I., A. Montasser, M. Nageib, L. Haggag, and M. Abd-El-Migeed. 2000.
Effect of fertilization with potassium and some micronutrients on Navel orange trees. II - Effect on yield, fruit quality and juice mineral content. In El-Sawy M, Francis RR, El-Borollosy MA, Hosni AM (ed) Annals Agric Sci Cairo. 3(Special): 1215-1226.
Shinde, A.K., D.J. Dabke, B.B. Jadhav, M.P. Kandalkar, and M.M. Burondkar. 2006. Indian J. Agric. Sci. 76:213-217.
Si, S.K.G., M. Bellal, and F. Halladj. 2007. Acta Hort. (758):269-274.
Simoes, Ado-N, J.B. Menezes, S.E.V.D. Lima, J.F. Medeiros, G.F. Silva, D.F. Freitas. 2001. Caatinga. 14:31-35.
Singh, H.K., K.S. Chauhan, and B.P. Singh.1993. Haryana J. Hort. Sci. 22:276-279.
Sipiora, M.J., M.M. Anderson, and M.A. Matthews. 2005. Proc. Soil Environ. Vine Mineral Nutr. Symp. San Diego, CA, 29-30-June,-2004. pp 185-192.
Skogley, E.O. and V.A. Haby. 1981. Soil Sci. Soc. Am. J. 45:533-536.
Srivastava, A.K., A.D. Huchche, R. Lallan, and S. Shyam. 2001. J. Potassium Res. 17:93-97.
Suresh C.P. and M.A. Hasan. 2002. Res. Crops. 3:398-402.
Taber, H., P. Perkins-Veazie, S.S. Li, W. White, S. Rodermel, and Y. Xu. 2008. HortScience. 43:159-165.
Tisdale, S.L., W.L. Nelson, and J.D. Beaton. 1985. Soil and Fertilizer Potassium. Ch. 7 in S.L. Tisdale, W.L. Nelson, and J.D. Beaton (eds). Soil Fertility and Fertilizers, 4th ed. Macmillan, New York. 249-291.
Umamaheswarappa, P. and K.S. Krishnappa. 2004. Trop. Sci. 44:174-176.
Usherwood, N.R. 1985. The role of potassium in crop quality. In Munson, R.D. (ed). Potassium in Agriculture ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI. pp 489-513.
Wojcik, P. 2005. Proceedings International Scientific Conference: Environmentally friendly fruit growing, Polli, Estonia, 7-9 Sept., 2005. pp 44-50.
Yang, X.Y., Y.S. Bu, and X.Z. Duan. 2005. Xinjiang Agric Sci. 42:272-275.
Zhang, S.Y., J. Yang, and G.H. Liu. 2008. J. Anhui Agric. Univ. 35:289-292.