Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

A kálium

A kálium

A növény anyagcsere-folyamataiban a kálium számos specifikus funkciót lát el. Az enzimekre szerkezetstabilizáló és aktiváló hatást fejt ki, szerepe van a fehérjeszintézisben és a szénhidrátok képződésében. Elősegíti az energiagazdag foszfátok képződését. A jó káliumellátás fokozza a fotoszintetikus aktivitást. Kedvező hatást gyakorol a növények vízháztartására, fokozza a növények fagytűrő képességét. A kálium nem épül be a növények szerves vegyületeibe. A plazmafehérjékhez lazán kötve és részben szabad ionok formájában van jelen a sejtnedvben, így fejti ki szabályozó hatását.

Kálium a talajban

A talajok összes káliumtartalma 0,2–3,3% között változik, a szikes talajokban a 6%-ot is meghaladhatja (1% K = 1,2% K2O). A nagy kvarctartalmú homoktalajok és a szerves talajok (láptalajok) káliumban szegények. A talaj káliumtartalma nagyrészt a szilikátokban kötve található, ezért az agyagtartalom növekedésével növekszik a káliumtartalom. Így pl. viszonylag nagy a csernozjom és réti talajok káliumtartalma.

Az ásványi talajokban a kálium négy, különböző formában található:

• ionos formában a talajoldatban,

• ionos formában a kolloidokon adszorbeálva,

• fixált kálium,

• az ásványok kristályrácsaiban.

A növények számára csak az első két forma közvetlenül hozzáférhető, a másik kettő nem. A talajoldat káliumtartalma mindössze 1–2%-a a kicserélhető káliumnak, és a kicserélhető kálium szintén csak 1–2%-a az összes káliumnak, ezért a talaj káliumtartalmának legnagyobb része nehezen hasznosítható. A különböző oldhatóságú káliumformák egymással egyensúlyban vannak, egymásba átalakulhatnak. A talajoldat káliumtartalma és a kicserélhető káliumtartalom között viszonylag gyorsan beáll az egyensúly, a tartalékformákból viszont csak nagyon lassan jut oldatba újabb kálium.

A növények káliumellátása szempontjából döntő jelentőségű a talajoldat káliumtartalma. Ennek nagyságát nagymértékben befolyásolja a kicserélhető káliumtartalom, a már említett egyensúly következtében. Az egyensúly azonban másként alakul laza és kötött talajokon. Homoktalajon a kicserélhető káliumtartalom növekedésével nagyobb mértékben növekszik az egyensúlyi talajoldat K+-koncentrációja, mint agyagtalajon(33. ábra). Ez egyben azt is jelenti, hogy azonos kicserélhető káliumtartalom esetén a homoktalajon mindig több K+ van a talajoldatban, mint az agyagtalajon. A jelenség oka az, hogy minél nagyobb az agyagtartalom, annál inkább érvényesül a K+-ionok szelektív kötődése az agyagásványokon. A kálium ugyanis megkötődhet az ásványok felületén, a törésfelületen és a rétegrácsok között; a szelektivitás a felsorolás sorrendjében fokozódik, az ionok oldatba jutásának lehetősége pedig csökken.

33. ábra - A talajoldat K-tartalma és a kicserélhető K+ közötti összefüggés homok- és agyagtalajon (Mengel 1976)

kepek/33abra.png


A káliumfixálás a K+-ionok irreverzíbilis megkötése a 2:1 típusú (háromrétegű) agyagásványokon. A kálium beépül a kristályrács rétegei közé, a rétegek szorosra záródnak, az ásványok elveszítik duzzadóképességüket, és ezért a kálium az ioncsere-folyamatokban nem lesz kicserélhető (34. ábra). A fixált kálium gyengébben kötött, mint a kristályok rácsában eredetileg jelen levő, natív kálium, tehát könnyebben mobilizálható. A káliumfixálás elsősorban az agyag minőségétől függ, de a nagyobb agyagtartalmú talaj általában több káliumot köt meg.

34. ábra - A K-fixálás hatása az illitrétegek duzzadóképességére (Schachtschabel 1961)

kepek/34abra.png


Szántóföldi tartamkísérletekben megállapították, hogy a fixálás különösen olyan talajokon nagymértékű, amelyekben több éven át nem adtak káliumműtrágyát, illetve az adagok nem fedezték a növények szükségletét. Az ilyen talajokon csak nagy káliumadagokkal érhető el káliumhatás. A káliumfixálás különösen száraz talajban nagymérvű, mivel a zsugorodás elősegíti a megkötést.

A talaj káliumtartalékait képező primer szilikátok közül legfontosabbak a földpátokhoz tartozó káliföldpát, a földpátpótló leucit, a csillámok közül a muszkovit és biotit, a csillámszerű glaukonit.

káliföldpát KAlSi3O8,

leucit KAlSi2O6,

muszkovit KAl2(AlSi3)O10(OH)2,

biotit K(MgFe)3(AlSi3)O10(OH)2

Az agyagásványok másodlagos képződmények. A primer szilikátokból a mállásfolyamatokban kálium válik szabaddá. A csillámokból és földpátokból előbb illitek képződnek, amelyek a rétegrácsok duzzadása és további káliumveszteség révén vermikulitokká és szmektitekké alakulnak át:

A tartalékok között tehát megkülönböztetünk káliumhordozó ásványokat, amelyekből mállásfolyamatokban kálium válik szabaddá, ilyenek, pl. a csillámok és a földpátok. A káliumot irreverzíbilisen megkötő (fixáló) agyagásványok a vermikulitok és szmektitetek.

Az illitek, vermikulitok és szmektitek 2:1 típusú, háromrétegű agyagásványok, amelyeknek a felsorolás sorrendjében növekszik a duzzadó- és káliummegkötő képességük. A kálium fixálására elsősorban a táguló rétegrácsú vermikulitok és szmektitek, valamint a már részben fellazult, kitágult illitrácsok képesek. A mállás tehát egyrészt szabaddá teszi a káliumot, másrészt káliumkötő (fixáló) ásványokat hoz létre.

A kálium felvétele, eloszlása és szerepe

A növények a káliumot, K+ formájában veszik fel a talajoldatból. A felvétel során érvényesül a növények válogatóképessége, ugyanis a talajoldatban a kalcium- és magnéziumkoncentráció általában nagyobb, mint a káliumkoncentráció, a növények mégis sokkal több káliumot vesznek fel, mint kalciumot, illetve magnéziumot. A káliumtartalom növényfajonként eltérő; különösen nagy a füvek káliumtartalma, általában többszöröse a kalcium- és magnéziumtartalomnak. A növények jó káliumfelvevő képességét az aktív felvétel biztosítja.

Bár a növények káliumfelvétele szelektív, más ionok túlsúlya akadályozhatja a felvételt. Fontos a talajoldat Ca/K aránya. Ehrenberg évtizedekkel ezelőtt megfogalmazta a mész-káli törvényt, amely szerint bőséges káliumellátás mellett a kalciumfelvétel szorul vissza, míg kalciumfelesleg esetén a káliumfelvétel. Ma már ismert, hogy valamennyi fémkation kölcsönösen akadályozhatja egymás felvételét, továbbá, hogy a fémkationok és az NH4+ között is antagonizmus áll fenn. Az antagonizmus azzal magyarázható, hogy a különböző kationok a szerves kötés helyekről kiszoríthatják egymást a gyökérfelületen is. Az antagonizmus azonban csak szélsőséges esetekben jut érvényre.

A savanyú kémhatás gátolja a kálium felvételét. Szélsőségesen alacsony pH-értékek mellett (ha a pH kisebb, mint 4,0) a növények a gyökereken keresztül káliumot adnak le.

A kálium felvétele és szállítása a növény anyagcseréjével szoros kapcsolatban áll. Amennyiben a gyökér környezetében nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű oxigén, a kálium felvétele csökken. Ez csak szélsőségesen rossz szerkezetű talajokban fordul elő. Az előzőekből az tűnik ki, hogy a légzés, vagyis a szénhidrátok oxidatív lebontása a gyökérben, igen nagy jelentőségű a kálium felvétele szempontjából. Tehát a káliumfelvétel és a légzés elektrontranszportja kapcsolatban van egymással.

A kálium mozgékonysága a növényben jó. Elsősorban az aktív anyagcserehelyekre, így a levelekbe és a merisztémás szövetekbe vándorol. Fiatal levelekben általában nagyobb a káliumkoncentráció, mint az idősebbekben, s a fiatal növények szárazanyagában is nagyobb a káliumtartalom, mint az idősebbekben. A kalcium éppen ellenkezőleg: az idősebb levelekben halmozódik fel nagyobb mennyiségben, mivel nem transzlokálódik. A kálium és kalcium megoszlása a levélben és szárban is különbözik. A kalciumtartalom a levelekben rendszerint lényegesen nagyobb, mint a szárban. A levél- és szárrészek káliumtartalma ezzel szemben sokkal kiegyenlítettebb (31. táblázat).

31. táblázat - Különböző növényfajok K- és Ca-tartalma levélben és szárban (mval/10 g légszáraz anyag) (Scharrer és Mengel 1960)

Növényfaj

K-tartalom

Ca-tartalom

levél

szár

levél

szár

Uborka

 9,28

16,8

24,20

10,80

Napraforgó

10,20

 8,20

 8,10

 4,30

Borsó

 6,85

 6,21

 6,09

 3,39

Dohány

 9,72

 7,03

 8,63

 2,02

Lóbab

 8,06

 6,39

 3,04

 1,05

Bokorbab

 7,62

 7,72

 8,93

 5,24


A kálium szerepe sokrétű. Részt vesz az élettani folyamatokban, az ozmoregulációban, a szénhidrátok és fehérjék képzésében. A jó káliumellátás fokozza a fotoszintetikus aktivitást, így a termés mennyisége és minősége szempontjából egyaránt fontos.

Szerepe az élettani folyamatokban azon alapszik, hogy az enzimekre szerkezetstabilizáló és aktiváló hatást fejt ki. Különösen az ATP, NAD, NADP-tal reagáló enzimek (kinázok, dehidrogenázok) szempontjából fontos. Több mint 40 enzimet ismerünk, amelyet a kálium aktivál. Az aktiváló hatás magyarázataként feltételezik, hogy az enzimfehérjéhez kötődve megváltozik az enzim reakciókészsége, megnő a reakciósebesség.

Specifikus enzimaktiváláson alapszik szerepe a keményítő és fehérjék szintézisében, valamint a fotoszintézisben. A szacharóz floemtranszportját is fokozza, ezért a jó káliumellátás elősegíti a cukor felhalmozódását a cukorrépában.

A sejtnedvekben oldott K+-ionok, a többi oldott anyaggal együtt, határozzák meg a sejtállomány ozmotikus nyomását. A kálium a növények vízfelvételét részben ezen keresztül befolyásolja, részben pedig azáltal, hogy a többi fém kationnal együtt a plazmakolloidok duzzadtsági állapotát megváltoztatja. A jó káliumellátás kedvező a növények vízháztartása szempontjából, mivel csökkenti a transzspirációt és fokozza a vízfelvételt. A növények szárazanyagának káliumtartalma és a transzspirált víz összefüggését a 35. ábra szemlélteti.

35. ábra - A transzspirált vízmennyiség a lucerna K-tartalmának függvényében (Blanchet és mtsai. 1962)

kepek/35abra.png


Káliumtrágyázással a növények fagytűrő képességét is fokozni lehet, mivel a nagy káliumkoncentráció a vakuolában – az ozmotikus potenciál változása következtében – a jégképződéssel együtt járó víztelenedés ellen hat az intercellulárisokban.

A káliumellátás növeli a gabonafélék szárszilárdságát és betegség-ellenálló képességét is.

A káliumhiány és következményei

Gyenge káliumellátás esetén a kis molekulatömegű szénhidrátok és oldható nitrogénvegyületek mennyisége növekszik. A cukrok és szabad aminosavak felhalmozódása káliumhiányos növényeknél a kórokozók és kártevők iránti fogékonyság növekedéséhez vezet. A káliummal rosszul ellátott növények kisebb mértékben képesek a szén-dioxid inkorporálására, mint a jól ellátott növények. A káliumellátás és a termés minőségének kapcsolatát a 1.11. fejezetben ismertettük.

A káliumhiány tünetei. Rossz káliumellátás esetén, száraz időben a növényeken hervadási tünetek figyelhetők meg. Az idősebb leveleken a levélcsúcsoktól kiindulva vagy a levélszéleken a klorofilltartalom csökkenése figyelhető meg. Világoszöld foltok keletkeznek, amelyek fokozatosan megbarnulnak, végül a levélszövetek elhalnak (nekrózis). A fiatalabb levelek eközben még zöldek, ugyanis a növény képes a káliumot az idősebb levelekből a fiatal levelekbe átadni (transzlokálni).

A káliummal hiányosan ellátott növények káliumtartalma többnyire kisebb 1,5%-nál, a bőségesen ellátott növények ezzel szemben 2–6% káliumot tartalmaznak a szárazanyagban. A káliumtartalom a növény korától is függ. A gabona bokrosodáskor pl. 5–6% káliumot, míg az érett szalma 1–1,5% káliumot tartalmaz.

Kérdések

1. Milyen formákban található a kálium a talajban, mi az egyes formák jelentősége a növények táplálásában? Mit kell tudni a káliumfixálásról?

2. Hogyan változik a talajoldat káliumtartalma a kicserélhető kálium függvényében homok-, illetve agyagtalajon?

3. Melyek a primer és szekunder káliumszilikátok, hogyan alakulhatnak át egymásba?

4. Hogyan veszik fel a növények a káliumot, és milyen tényezők befolyásolják felvételét?

5. Mi a kálium szerepe az élettani folyamatokban, hogyan befolyásolja a káliumellátás a növények vízháztartását, fagytűrő képességét, a szénhidrátok és fehérjék képződését?

6. Melyek a káliumhiányra jellemző tünetek, milyen következményekkel jár a hiányos káliumellátás?