Калий в почвах присутствует в трёх основных формах: минеральной (необменной), обменной и растворимой. Эти формы различаются по доступности для растений и подвижности в почвенном растворе.
Минеральный калий представляет собой часть структуры силикатных минералов (полевой шпат, слюда, глинистые минералы). В этой форме калий практически недоступен для растений, так как высвобождение ионов происходит медленно, преимущественно за счёт процессов выветривания и химического разложения минералов. Скорость освобождения зависит от минералогического состава, гранулометрии и кислотности почвы.
Обменный калий находится в адсорбированном состоянии на поверхности коллоидов почвы (глины и гумуса). Эта форма легко доступна для растений, так как ионы калия могут заменяться на другие катионы в процессе катионного обмена. Обменный калий служит буфером, поддерживающим концентрацию растворимого калия в почвенном растворе.
Растворимый калий присутствует в почвенном растворе в виде K⁺ и непосредственно усваивается растениями. Его концентрация колеблется в зависимости от почвенной влажности, температуры и взаимодействия с другими формами калия.
Физико-химические свойства почвы. Структура, гранулометрический состав и содержание глинистых минералов определяют количество обменного калия и его способность переходить в растворимую форму. Глинистые минералы типа иллита и монтмориллонита способны удерживать значительные количества калия на поверхности кристаллов, постепенно отдавая его в раствор.
Влажность и температура. Вода обеспечивает растворение калийных солей и их движение к корням растений. При высокой влажности и умеренной температуре переход из обменной формы в растворимую происходит быстрее. В сухих и холодных условиях скорость миграции калия существенно замедляется.
Кислотность почвы. pH влияет на процесс замещения катионов на коллоидной поверхности. В кислых почвах наблюдается усиленная конкуренция между H⁺ и K⁺ за места адсорбции, что может увеличить вымывание калия. В щелочных почвах калий сильнее удерживается на коллоидах, снижая его подвижность.
Содержание органического вещества. Гумусовые соединения способствуют удержанию калия в обменной форме и замедляют его потерю при вымывании. При разложении органики часть калия освобождается в раствор, повышая его доступность для растений.
Выщелачивание (разрушение минералов). Минеральный калий постепенно переходит в обменную форму за счёт гидролиза и воздействия кислотности почвенного раствора. Особенно активно этот процесс протекает при наличии углекислого газа и органических кислот, выделяемых корнями растений или микробами.
Катионный обмен. Обменный калий замещается другими катионами (Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺), переходя в раствор. Этот процесс обеспечивает поддержание постоянной концентрации калия в почвенном растворе и является ключевым для питания растений.
Миграция в почвенном растворе. Растворимый калий перемещается по капиллярам и по водным каналам к корням растений. Скорость движения зависит от концентрационного градиента, структуры почвы и водного режима.
Фиксация в межслоевых пространствах минералов. Часть калия может входить в кристаллическую структуру глинистых минералов, становясь трудно доступной для растений. Этот процесс обратим, но медленный, и сильно зависит от типа минерала и химической активности почвы.
Концентрация калия в почвенном растворе колеблется в течение вегетационного периода. Ранняя фаза роста требует интенсивного поступления растворимого калия, в середине периода растения опираются на обменную форму, которая постепенно восполняет растворимую. В конце сезона почвенные минералы начинают высвобождать калий медленно, восполняя истощённые резервы для последующего сезона.
Понимание механизмов перехода калия позволяет разрабатывать эффективные системы удобрений, подбирать нормы и формы внесения калийных препаратов. Учет обменного и растворимого калия важен для предотвращения дефицита в периоды активного роста растений и для снижения потерь элемента при вымывании. В зависимости от состава почвы, климатических условий и культур определяются оптимальные стратегии внесения калийных удобрений, включая использование водорастворимых солей, компостов и микроэлементов, стимулирующих мобилизацию калия из минеральных форм.