Research on potassium in agriculture: needs and prospects

Resumo

Esta revisão destaca as necessidades futuras de pesquisa sobre potássio (K) na agricultura. Discute-se o conhecimento básico atual sobre o K nos solos, na fisiologia e na nutrição das plantas, seguido de seções que tratam especificamente das necessidades futuras de pesquisa básica e aplicada sobre o K nos solos, nas plantas, na nutrição das culturas e na nutrição humana e animal. A seção sobre solos é dedicada principalmente ao conceito de disponibilidade de K. O uso quase universal atual de medições de K trocável obtidas por extração química de solo seco para fazer recomendações de fertilizantes é questionado em vista de outros fatores de controle dominantes que influenciam a aquisição de K dos solos pelas plantas. Enfatiza-se a necessidade de levar em conta a raiz viva que determina a disponibilidade espacial de K. Discute-se a modelagem da aquisição de K pelas culturas de campo. O papel desempenhado pelo K na maioria dos processos fisiológicos das plantas é agora bem compreendido, incluindo a importante função do K na retranslocação de fotoassimilados necessários para a boa qualidade da cultura. No entanto, ainda são necessárias pesquisas básicas para estabelecer a função do K desde o nível molecular até o gerenciamento de campo em situações de estresse nas plantas, nas quais o K atua sozinho ou em combinação com micronutrientes específicos. A função emergente do K em várias situações de estresse biótico e abiótico é discutida, incluindo as de doenças e pragas, geada, calor/seca e salinidade. A criação de culturas altamente eficientes na absorção e no uso interno de K pode ser contraproducente devido à alta demanda de K necessária para atenuar as situações de estresse nos campos dos agricultores. O mesmo se aplica à necessidade de altos teores de K em dietas humanas e animais, em que uma alta relação K/Na é desejável. A aplicação desses resultados de pesquisa à agricultura prática é de grande importância. O progresso muito rápido que está sendo feito na elucidação do papel do K, especialmente em relação à sinalização de estresse, por meio do uso de abordagens biológicas moleculares modernas, indica a necessidade de maior interação entre biólogos moleculares e agrônomos para o benefício da prática agrícola. O enorme conjunto de conhecimentos científicos existentes sobre o valor prático do K em solos e plantas representa um grande desafio para melhorar a disseminação dessas informações em escala global para uso dos agricultores. Para enfrentar esse desafio, é essencial uma cooperação mais estreita entre os cientistas, o setor agroquímico, os serviços de extensão e os agricultores.

Abstract

This review highlights future needs for research on potassium (K) in agriculture. Current basic knowledge of K in soils and plant physiology and nutrition is discussed which is followed by sections dealing specifically with future needs for basic and applied research on K in soils, plants, crop nutrition and human and animal nutrition. The section on soils is devoted mainly to the concept of K availability. The current almost universal use of exchangeable K measurements obtained by chemical extraction of dried soil for making fertilizer recommendations is questioned in view of other dominant controlling factors which influence K acquisition from soils by plants. The need to take account of the living root which determines spatial K availability is emphasized. Modelling of K acquisition by field crops is discussed. The part played by K in most plant physiological processes is now well understood including the important role of K in retranslocation of photoassimilates needed for good crop quality. However, basic research is still needed to establish the role of K from molecular level to field management in plant stress situations in which K either acts alone or in combination with specific micronutrients. The emerging role of K in a number of biotic and abiotic stress situations is discussed including those of diseases and pests, frost, heat/drought, and salinity. Breeding crops which are highly efficient in uptake and internal use of K can be counterproductive because of the high demand for K needed to mitigate stress situations in farmers’ fields. The same is true for the need of high K contents in human and animal diets where a high K/Na ratio is desirable. The application of these research findings to practical agriculture is of great importance. The very rapid progress which is being made in elucidating the role of K particularly in relation to stress signalling by use of modern molecular biological approaches is indicative of the need for more interaction between molecular biologists and agronomists for the benefit of agricultural practice. The huge existing body of scientific knowledge of practical value of K in soils and plants presents a major challenge to improving the dissemination of this information on a global scale for use of farmers. To meet this challenge closer cooperation between scientists, the agrochemical industry, extension services and farmers is essential.