Συνεισφορά του μη ανταλλαξίμου καλίου στη διαθεσιμότητα του καλίου στα φυτά και τη ρυθμιστική ικανότητα των εδαφών

Abstract

The aim of the present thesis was to study K-dynamics in agricultural soils of Northern Greece through i) the evaluation of deferent extraction methods (ammonium acetate, sodium tetraphenylboron) to obtain reliable soil tests of K availability that take into account the contribution of non-exchangeable K, ii) determination of Quantity-Intensity (Q/I) parameters under conditions of K sufficiency and depletion for soils with different buffering characteristics, iii) calibration of each extraction method that was used through various techniques including that of Cate-Nelson and Mitcherlich-Bray to determine critical levels of K availability, iv) evaluation of the impact of CEC, illite-K and vermiculite content in K availability, as well as in buffering properties of soils. To answer the above questions, soil samples from 20 locations of Northern Greece were collected and were used in 2 biological experiments with winter wheat in pots. In the first experiment, K depletion was attempted, while Quantity-Intensity isotherms (Q/I) were applied in initial, as well as in K depleted soils. For the second experiment, 14 of the 20 soils which had the lowest concentration of exchangeable K were chosen, and different levels of K were applied (0, 50, 100, 200, 400 and 600 mg/kg). The results of the first experiment showed that sodium tetraphenylboron gave more reliable estimates of plant available K than the ammonium acetate method. The regression analysis showed that sodium tetraphenylboron extractable K explained a higher proportion of the variance of all biological parameters that were examined, indicating the significant contribution of non-exchangeable K in wheat nutrition. Regression analysis also showed that the above conclusion is even stronger in depleted soils with low levels of exchangeable K. Parameters obtained from Quantity-Intensity isotherms showed statistically significant differences between initial and K-depleted soils, which was explained due the increase of Gapon coefficient (KG) and CEC values. Furthermore, regression analysis showed that sodium tetraphenylboron was significantly related with (ΕΚ0+CK0) parameter, which represents the sum of exchangeable K and the quantity of K that has to be applied as KCl to achieve K balance (-ΔΚ0). Finally, total K availability was significantly related with ΔΚ-NaBPh4 (5 min), as well as with free energy of exchange (ΔG). The later relationship was improved when CEC and illite-K were included in a multiple linear regression model, indicating that these parameters play a key role in K availability. Results of the second experiment showed that critical levels of K addition or availability could be well predicted when CEC, vermiculite (%), and illite-K were used as independent variables in multiple linear regression models. Furthermore, correlations applied between critical levels of K addition and critical levels of K availability showed that among two extraction methods (ammonium acetate, sodium tetraphenylboron), only sodium tetraphenylboron gave statistically significant results. Finally, agreement was recorded among techniques that were applied to determine critical levels of K availability (Cate-Nelson, Mitscherlich-Bray, prediction equations based on ΔΚ-NaBPh4 parameter, determined by potassium balance of the second experiment) for each soil test, which ranged from 130 to150 mg/kg for ammonium acetate method, 310 to 360 mg/kg for sodium tetraphenylboron (1 min), and 380-390 mg/kg for sodium tetraphenylboron (5 min) respectively.

Ο στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διεξοδική μελέτη της δυναμικής του Κ σε γεωργικά εδάφη της Βορείου Ελλάδας μέσα από i) την αξιολόγηση διαφορετικών μεθόδων εκχύλισης (οξικού αμμωνίου, τετραφενυλοβορικού νατρίου) για την απόκτηση αξιόπιστων εδαφικών δεικτών Κ οι οποίοι να συνυπολογίζουν τη συνεισφορά του μη ανταλλάξιμου Κ στη διαθεσιμότητα προς τα φυτά, ii) τον προσδιορισμό των παραμέτρων Ποσότητας-Έντασης σε συνθήκες επάρκειας και εξάντλησης Κ για τη μελέτη της ρυθμιστικής συμπεριφοράς των εδαφών, iii) τη βαθμολόγηση των μεθόδων εκχύλισης που χρησιμοποιήθηκαν μέσω διάφορων τεχνικών, μεταξύ των οποίων αυτή της Cate-Nelson και Mitcherlich-Bray, για την εύρεση κρίσιμων ορίων διαθεσιμότητας Κ για κάθε εδαφικό δείκτη που χρησιμοποιήθηκε, iv) την εκτίμηση της επίδρασης των παραμέτρων της ΙΑΚ, του ιλλιτικού Κ και της περιεκτικότητας σε βερμικουλίτη στη διαθεσιμότητα Κ στα φυτά και στις ρυθμιστικές ιδιότητες των εδαφών. Προκειμένου να απαντηθούν τα παραπάνω ερωτήματα επιλέχθηκαν είκοσι εδάφη από καλλιεργούμενες περιοχές της Κεντρικής Μακεδονίας, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την εγκατάσταση 2 ανεξάρτητων πειραμάτων σε δοχεία με καλλιέργεια μαλακού χειμερινού σιταριού. Στο πρώτο πείραμα επιχειρήθηκε εξάντληση των εδαφών ως προς το Κ, ενώ χαράχθηκαν ισόθερμες Ποσότητας-Έντασης (Q/I) στα αρχικά και στα εξαντλημένα εδάφη. Τα 14 από τα εδάφη του πρώτου πειράματος εξάντλησης με χαμηλή συγκέντρωση ανταλλάξιμου Κ χρησιμοποιήθηκαν στο δεύτερο πείραμα με επεμβάσεις Κ σε διάφορες συγκεντρώσεις (0, 50, 100, 200, 400 και 600 mg/kg). Τα αποτελέσματα του πρώτου βιολογικού πειράματος δείχνουν σχετική υπεροχή του τετραφενυλοβορικού νατρίου σε σύγκριση με το οξικό αμμώνιο στην εξήγηση της παραλλακτικότητας των βιολογικών παραμέτρων για κάθε περίοδο ανάπτυξης ξεχωριστά, όπως επίσης και για το σύνολο των εδαφικών δειγμάτων. Από τη διερεύνηση των μεταβολών των παραμέτρων Ποσότητας – Έντασης (Q/I) προέκυψαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των αρχικών και των εξαντλημένων εδαφών λόγω της αύξησης του συντελεστή εκλεκτικότητας (KG) και των μεταβολών της ΙΑΚ, όπως επίσης και στατιστικά σημαντική συσχέτιση του τετραφενυλοβορικού νατρίου με την παράμετρο (ΕΚ0+CK0), η οποία αντιπροσωπεύει το άθροισμα του ανταλλάξιμου Κ και της υποθετικής ποσότητας Κ που πρέπει να προστεθεί σε ένα πείραμα ισόθερμης προκειμένου να επιτευχθεί χημική ισορροπία (-ΔΚ0). Τέλος, η εύρεση σχέσης που συνδέει την ελεύθερη ενέργεια ανταλλαγής ΔG, με τη συνολική διαθεσιμότητα Κ, όπως επίσης και με το ΔΚ-NaBPh4 (5 λεπτά), υποδηλώνει πως ο λόγος ενεργοτήτων (ΑReK), θα μπορούσε υπό προϋποθέσεις να αποτελέσει δείκτη διαθεσιμότητας Κ. Με βάση τα αποτελέσματα του δεύτερου πειράματος προέκυψαν ισχυρές σχέσεις που προβλέπουν τα κρίσιμα όρια διαθεσιμότητας και προσθήκης Κ από τις παραμέτρους της ΙΑΚ, της % περιεκτικότητας σε βερμικουλίτη και του ιλλιτικού Κ, όπως επίσης και ισχυρές και στατιστικά σημαντικές σχέσεις μεταξύ των κρίσιμων ορίων προσθήκης και διαθεσιμότητας Κ, όταν ο εδαφικός δείκτης ήταν το τετραφενυλοβορικό νάτριο. Τέλος, μεταξύ των τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του κρίσιμου ορίου διαθεσιμότητας Κ για κάθε εδαφικό δείκτη (τεχνική Cate και Nelson, εφαρμογή εξισώσεων πρόβλεψης με βάση την παράμετρο ΔΚ-NaBPh4, τεχνική Mitscherlich και Bray, μεθοδολογικά προσδιορισμένο από τα ισοζύγια εισροών εκροών Κ του δεύτερου πειράματος), διαπιστώθηκε συμφωνία με τα όρια να κυμαίνονται σε 130-150 mg/kg για τη μέθοδο του οξικού αμμωνίου, 310-360 mg/kg για τετραφενυλοβορικό νάτριο (1 λεπτό) και 380-390 mg/kg για τετραφενυλοβορικό νάτριο (5 λεπτά).