Potassium placement effect and barley plant structure

Abstract

Based on the results of a green pot experiment with mineral fertilizers on chernozem, a new method of plant diagnostics has been proposed, using the analysis of individual barley plants (Hordeum vulgare L.) according to their morphological characteristics of vegetative and generative development. Each plant was divided into three parts: the primary shoot, secondary shoots (together forming mature grain), and non-productive shoots. The dominant group of plants (Group D) was identified by total biomass, while the other two groups (Groups A and B) were distinguished by their level of generative development, determined by the quality of grain formed by different shoots. Structural differences among plants, shoots, and groups reflect the dynamics of barley development during the growing season. Different application methods for potassium fertilizer, namely localized and uniform, create different spatial heterogeneities of their content in the soil and, consequently, different dynamics of potassium's effect on the plants. Potassium fertilizers applied uniformly have the most significant effect during the first half of the vegetative period, when the primary shoot is most actively developing. The localization of potassium fertilizers in the soil, conversely, by promoting weaker fixation of potassium by the soil, prolongs its effect into the second half of the barley's vegetative period, when secondary-order shoots develop more actively. Therefore, the new method of structural division of individual plants made it possible to diagnose the physiological effect of the spatial heterogeneity of potassium fertilizer application on barley plants and crop quality. The traditional biomass accounting scheme, which averages all plants in a pot, was not sensitive enough to detect the effect of fertilizers on the formation of generative organs. Thus, the obtained data confirm the previously proposed concept linking the spatial heterogeneity of freshly applied potassium in the soil with its distribution within the plant throughout the vegetative period.

References

1.    Гречишкина О.С., Новикова А.А. Оценка сортов ярового ячменя оренбургской селекции по ряду хозяйственно-ценных признаков // Известия НВ АУК. 2023. № 4(72). С. 124–133. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-04-12
2.    Акименко А.С., Свиридов В.И., Долгополова Н.В. и др. Урожайность ячменя в условиях Центрального Черноземья в зависимости от уровня удобренности и степени биологизации в севооборотах // Земледелие. 2022. № 6. С. 3–7. https://doi.org/10.24412/0044-3913-2022-6-3-7
3.    Электронный ресурс: Долгосрочная стратегия развития зернового комплекса Российской Федерации до 2035 года (URL: https://docs.cntd.ru/document/560974985) (дата обращения к ресурсу: 25.11.2025).
4.    Зоров А.А., Тишков Н.И., Тишков Д.Н. и др. Селекция ярового ячменя в Оренбуржье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6(92), С. 65–73. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-92-6-65-73
5.    Головацкая И.Ф. Морфогенез растений и его регуляция. Ч. 1: Фоторегуляция морфогенеза растений: Учеб. пособие. Томск, 2016. 172 с.
6.    Актуальные проблемы современной биоморфологии / Под ред. Н.П. Савиных. Киров, 2012. 610 с.
7.    Дзюин Г.П., Дзюин А.Г. Коэффициенты использования азота, фосфора и калия из минеральных удобрений, навоза и почвы культурами севооборота // Международный журнал экспериментального образования. 2016. № 5(1). C. 83–90.
8.    Рассохина И.И., Маракаев О.А. Оценка морфофизиологических параметров и продуктивности обыкновенного ячменя (Hordeumvulgare L.) при действии суспензии штамма Pseudomonassp. GEOT18 // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2023. № 3. С. 92–104. https://doi.org/10.21685/2307-9150-2023-3-8
9.    Павлов К.В., Лепихина А.А., Канаев В.В. Индивидуальная структура растений в фазу молочной спелости зерна ячменя при локальном внесении калийных удобрений // Агрохимическая наука – синтез академических знаний и практического опыта: Материалы Всероссийской научной конференции (Москва, 12–13 сентября 2023 г.), Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. 2023.С. 308-315.
10.    Павлов К.В. Локализация калийных удобрений в почве как регулятор динамики минерального питания растений // В сб.: Агрохимия в 21 веке/ Под ред. В.А. Романенкова. 2018. С. 177–179.
11.    Павлов К.В., Пулин А.В. Динамика адсорбции калия дерново-подзолистой почвой // Доклады РАСХН. 2004. № 2. С. 20–22.
12.    Hecht V.L., Temperton V.M., Nagel K.A. et al. Sowing density: a neglected factor fundamentally affecting root distribution and biomass allocation of field grown spring barley (Hordeum vulgare L.) // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. № 944. P. 1–13. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00944
13.    Pilipavicius V., Romaneckiene R., Romaneckas K. Crop stand density enhances competitive ability of spring barley (Hordeum vulgare L.) // Acta Agriculturae Scandinavica, Section B-Soil & Plant Science. 2011. Vol. 61, № 7. P. 648–660. https://doi.org/10.1080/09064710.2010.539574
14.    Sardans J., Peñuelas J. Potassium control of plant functions: Ecological and agricultural implications // Plants. 2021. Vol. 10, № 2. С. 419.
15.    Kennedy S.P., Bingham I.J., Spink J.H. Determinants of spring barley yield in a high-yield potential environment // The Journal of Agricultural Science. 2017. Vol. 155, № 1. P. 60–80. https://doi.org/10.1017/S0021859616000289
16.    Azzawi W.A., Gill M.B., Fatehi F. et al. Effects of potassium availability on growth and development of barley cultivars // Agronomy. 2021. Vol. 11, № 11. P. 2269.
17.    Kumar P., Kumar T., Singh S. et al. Potassium: A Key Modulator for Cell Homeostasis // Journal of Biotechnology. 2020.Vol. 324. C. 198-210. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.10.018