Kali là một trong những nguyên tố cần thiết nhất trong dinh dưỡng khoáng thực vật. Nguồn cung cấp kali cho cây trồng phổ biến là kali clorua (KCl). Trong KCl, chỉ có cation K+ được coi là một trong những chất dinh dưỡng chính của cây trồng, sự đi kèm theo anion Cl- được xem là yếu tố
được coi như là một vi chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng tối ưu của cây [79].
Cả K+ và Cl- là hai ion chính liên quan đến việc điều hòa các quá trình trao đổi chất ở cây, và cũng là những chất có hoạt tính thẩm thấu vô cơ quan trọng nhất trong tế bào thực vật và các mô [18], [67]. Sự kết hợp của K+ và Cl- trong sự đóng mở khí khổng đã được đề xuất vào thập niên 60 nhưng đến năm 1996 mới được chứng minh [162]. Các cơ chế hấp thụ ion K+ và Cl- của cây đã là đề tài của nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực sinh lý học thực vật. Các mô hình chung được chấp nhận là nhờ sự chênh lệch các điểm tạo ái lực cho sự hấp thu K+đã được trình bày bởi Epstein và đtg trong năm 1963 [71]. Sau
đó, điều này đã được thay thế bởi sự trình diễn của các kênh K+ cụ thể ở màng tế bào khác nhau. Bên cạnh đó, sự tồn tại của các kênh Cl- trong các cây cũng
đã được chứng minh [53], [106], [113], [152].
Theo Daliparthy và đtg (1994), nhu cầu về kali của cây là tương đương hoặc nhiều hơn so với nitơ (N). Sự hấp thụ ion K+ của cây có tính chọn lọc cao và liên quan chặt chẽ với hoạt động trao đổi chất. Tại tất cả các phần trong cây, trong mỗi tế bào, các mô và trong con đường vận chuyển thông qua mạch gỗ và mạch rây, K+ tồn tại như một ion tự do trong dung dịch hay như
là một cation tĩnh điện bị ràng buộc bởi các liên kết hóa học [69], [114]. Kali tham gia vào nhiều quá trình thiết yếu của cây như: kích hoạt enzym, tổng hợp protein, quang hợp, vận chuyển của mạch rây, điều chỉnh áp suất thẩm thấu, cân bằng cation - anion và điều hòa đóng mở lỗ khí ... Kali còn được mô tả là "yếu tố chất lượng" cho sản xuất vụ mùa [18], [105], [114], [171].
Kali làm tăng hàm lượng protein thực vật, tinh bột trong ngũ cốc và các loại củ, vitamin C và hàm lượng các chất hòa tan trong trái cây, kali giúp cải thiện màu sắc và hương vị trái cây, làm tăng kích thước của quả và củ. Kali
làm giảm tỷ lệ sâu bệnh, tăng cường dự trữ, chất lượng vận chuyển các sản phẩm của quang hợp và kéo dài thời gian sử dụng.
Theo Nguyễn Văn Đính (2008), việc phun bổ sung dung dịch KCl lên lá có ảnh hưởng tốt đến các giống khoai tây có năng suất khác nhau như: làm tăng năng suất củ thực thu, tăng tỷ lệ củ lớn, giảm tỷ lệ củ nhỏ và tăng hàm lượng tinh bột và một số nguyên tố khoáng trong củ... Từ đó tác giả đã đề
nghị có thể phun bổ sung KCl lên lá cho cây khoai tây vào thời kỳ cây bắt đầu hình thành tia củ, để góp phần nâng cao năng suất và phẩm chất củ của các giống khoai tây [16].
Tầm quan trọng của kali trong việc hình thành chất lượng xuất phát từ
vai trò của kali trong việc thúc đẩy quá trình quang hợp và vận chuyển các sản phẩm quang hợp tới các cơ quan dự trữ như trái cây, ngũ cốc và củ, và để
tăng cường chuyển đổi thành tinh bột, protein, vitamin, dầu ... [119]. Sự thiếu hụt kali ảnh hưởng xấu đến nhiều quá trình trao đổi chất như cường độ quang hợp và tỷ lệ vận chuyển và hệ thống các enzym, trong khi đó, tỷ lệ hô hấp tối gia tăng, dẫn tới sự giảm chất lượng nông sản và sự sinh trưởng của cây [114], [120].
Clorua có ở hầu khắp mọi nơi trên thế giới. Theo Tottingham (1919), các
ảnh hưởng của Cl- đến sự tăng trưởng của cây phụ thuộc vào giống cây trồng, còn Lipman (1938) nhấn mạnh tác động có lợi của clorua đối với kiều mạch. Warburg (1949) cho rằng clorua là một vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự
tăng trưởng của thực vật và cũng là vi chất cần thiết cho các hệ thống phân li nước tại các điểm oxy hóa của quang hệ II [109], [168], [174].
Mặc dù, clorua là một vi chất dinh dưỡng cần thiết cho thực vật nhưng
đã không được công nhận cho đến năm 1954. Ảnh hưởng của việc thiếu clorua lần đầu tiên được chứng minh ở củ cải đường, và sau đó ở tám loài thực vật khác. Tác động của việc bổ sung clorua đến năng suất của các loại
ngũ cốc lần đầu tiên được đề cập đến trong những năm 1980 [62], [66], [77], [78], [99], [170].
Hàm lượng clorua trong các cây thay đổi khác nhau tùy theo môi trường sống bởi vì nồng độ clorua bên ngoài và sự cân bằng của các anion khác có
ảnh hưởng đến hàm lượng clorua trong cây. Phạm vi nồng độ clorua tối ưu trong hầu hết các loại cây trồng là từ 0,3 - 1 g Cl- / kg chất khô [114].
Clorua có một số vai trò trong chức năng sinh hóa trong thực vật. Clorua hoạt động như một ion đối lập để vận chuyển cation và là một chất có hoạt tính thẩm thấu. Clorua cũng đóng một vai trò trong việc điều chỉnh sự đóng mở lỗ khí. Tuy nhiên, chức năng của clorua trong việc hình thành năng suất không được quan tâm nghiên cứu, bởi vì nó không phải là một yếu tố hạn chế đến sự tăng trưởng cây trồng [79], [80], [162].
Vai trò của kali đối với cây lúa
Trong cây lúa, tính theo chất khô, tỉ lệ kali nguyên chất (K2O) chiếm khoảng 0,6-1,2% trong rơm rạ và khoảng 0,3-0,45% trong hạt gạo. Khác với nitơ và phospho, kali không tham gia vào thành phần bất kỳ một hợp chất hữu cơ nào mà chỉ tồn tại dưới dạng ion trong dịch bào và một phần nhỏ kết hợp với chất hữu cơ trong tế bào chất của cây lúa. Cũng như nitơ và phospho, kali chiếm tỉ lệ cao hơn tại các cơ quan non của cây lúa. Kali tồn tại dưới dạng ion nên nhờ vậy mà kali có thể len lỏi vào giữa các bào quan, xúc tiến quá trình vận chuyển dinh dưỡng, giúp cây lúa tăng cường hô hấp [161].
Kali còn giúp thúc đẩy tổng hợp protein, do vậy nó hạn chế việc tích lũy nitrat trong lá, hạn chế tác hại của việc bón thừa đạm cho lúa. Ngoài ra, kali còn giúp bộ rễ tăng khả năng hút nước và cây lúa không bị mất nước quá mức ngay cả trong lúc gặp khô hạn. Kali ảnh hưởng tốt đến quá trình đẻ nhánh, hình thành bông và chất lượng hạt ở các cây lúa.
Kali giúp cho quá trình vận chuyển và tổng hợp các chất trong cây, duy trì sức trương của tế bào, giúp cây cứng cáp, tăng khả năng chống sâu bệnh, chống ngã đổ, chịu hạn và chịu lạnh tốt hơn. Kali làm tăng số hạt chắc trên bông, giảm tỷ lệ hạt lép. Kali còn có tác dụng làm tăng chất lượng nông sản, làm hạt lúa sáng hơn và thời gian tồn trữ lâu hơn [15].
Theo Mikkelsen và Patrick (1968), Takane và đtg (1995) thì có đến 75% tổng lượng kali được hấp thu trước thời kì làm đòng và hầu như không hấp thu kali trong thời kỳ sinh trưởng từ khi hình thành hạt đến chắc hạt. Trong khi đó, hầu hết kali được hấp thụ ở lại trong cây và bẹ lá, chỉ có ít được đưa
đến hạt. Như vậy, cây lúa có nhu cầu kali chủ yếu cho giai đoạn phát triển sinh dưỡng bao gồm từ thời kỳ cây mạ cho đến thời kì đẻ nhánh [121], [161]. Tác động của kali đến năng suất lúa gạo thay đổi theo mùa, trong mùa khô hiệu suất của kali cao hơn so với mùa mưa. Tại Ấn Độ, theo thống kê về năng suất lúa đồng ruộng, hiệu suất của kali trung bình là 10 kg hạt / kg K2O vào mùa khô và 8 kg hạt / kg K2O ở mùa mưa [137].
Nghiên cứu của Võ Minh Thứ ở lúa trồng trên đất bị nhiễm mặn cho thấy, việc bổ sung thêm KClO3 đã làm tăng nhiều chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh và làm tăng sự sinh trưởng, năng suất (từ 6,34 – 11,18%) và phẩm chất của các giống lúa thí nghiệm [48].
Thiếu kali thường xảy ra ở đất thoát nước kém, đất ngập nước do các chất độc sinh ra trong điều kiện hiếm khí đã ngăn cản sự hấp thụ kali của cây lúa. Ở đất phèn, cây lúa bị thiếu kali thường kết hợp với triệu trứng ngộ độc do sắt. Thiếu kali nghiêm trọng, trên đỉnh lá có vết hoại tử màu nâu tối trong khi các lá già phía dưới thường có vết bệnh tiêm lửa. Lá trở nên màu vàng cam đến vàng nâu bắt đầu từ chóp lá già lan dần xuống dưới gốc. Hạt lúa sẽ
Thiếu kali ngay từ đầu làm cho cây không hoàn thành được chu trình sống do kali ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ mạch dẫn, phân chia tế bào từ đó ảnh hưởng xấu đến sự hình thành và cấu trúc tế bào (lục lạp chất nguyên sinh, ti thể ...) nên sự tạo thành mới cơ quan bị ảnh hưởng như tạo thân, lá cũng như sự đẻ nhánh bị ức chế đối với nhóm cây ngũ cốc, chính vì vậy nếu cung cấp kali không đầy đủ sẽ ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và phẩm chất sản phẩm [15], [129], [161].
Xét về vai trò ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng cho cây lúa, thiếu kali là nguyên nhân thứ ba (sau nitơ và phospho) làm giảm năng suất lúa. Thiếu kali ở thời kì 2 – 3 lá thật làm giảm số lượng nhánh, thiếu kali thể hiện rõ ở sự giảm số lượng nhánh trên bông, do vậy thu hoạch lúa bị giảm nhiều. Khi thiếu kali vào thời kì hình thành bông lúa ảnh hưởng đến khối lượng nghìn hạt. Thiếu kali trong đất lúa cũng là một nguyên nhân rất lớn dẫn đến sự bùng phát và lan rộng của bệnh, trong đó có bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá [129], [161].