Определение нитратов в растениях. Количественное определение нитратов в продуктах растительного происхождения

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность:

Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны, но что это такое на самом деле, насколько они опасны, не каждый до конца разбирался.

Нитраты - это соли азотной кислоты, которые поглощаются растениями из почвы, превращаясь потом в растительные белки. Если же их содержание в продуктах очень большое, то они, попадают в организм не в виде белка, а в «чистом» виде», даже если полностью отказаться от применения удобрений, то наличие нитратов в растительных плодах останется неизменным.

Нитраты существовали на земле задолго до появления человека, без них, невозможна сама жизнь. Они (нитраты) являются источником азота, имеющего большое значение в жизни растений. Зачастую, их используют для нормального снабжения растений азотом, которое повышает интенсивность фотосинтеза, увеличивает ассимиляционную поверхность листьев и срок их жизни.

В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных явлений, но при неправильном применении азотистых удобрений в большей степени овощи и фрукты накапливают в себе опасное для человеческого организма количество нитратов.

Но главными помощниками в борьбе с нитратами являются витамины.

Витамины - активные химические соединения, участвующие в обмене веществ организма и поддерживающие нормальный гомеостаз. Одним из самых нужных и важных для здоровья человека витаминов является аскорбиновая кислота - Витамин С (аскорбиновая кислота).

В чем полезные свойства витамина С? Он участвует в процессах кроветворения, благотворно влияет на функции иммунной, нервной системы, является стимулятором в работе эндокринных желез, без его участия невозможно нормальное усвоение железа. Также витамин С обладает мощными антиоксидантными свойствами, борется со свободным радикалами и выводит их из организма.

Цель:

Выявить особенности содержания нитратов в плодах различных овощных культур.

Задачи:

Определить концентрацию нитратов в плодах различных овощных культур.

Установить наиболее безопасные в отношении нитратов плоды овощных культур.

Глава 1. Литературный обзор

1. Проблема распространения нитратов в природе

Нитраты и нитриты широко распространены в окружающей среде, главным образом в почве и воде. Они являются элементом питания растений, а также естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Высокая концентрация нитратов в почве абсолютно не токсична для растений, наоборот, она способствует усиленному росту растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, и в конечном итоге - более высокому урожаю.

Основным источником азота для растений являются соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммония.

В естественных условиях питание азотом происходит путём потребления растениями аниона NO 3 - и катиона NH 4 + , находящихся в почвенном растворе и в обменно-поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращения, в конечном итоге включаясь в состав органических азотистых соединений — аминокислот, амидов и, наконец, белка. Синтез органических азотистых соединений происходит через аммиак, образованием его завершается и их распад.

Нитратный азот не может непосредственно использоваться растениями для синтеза аминокислот.

Нитраты в растениях изначально подвергаются ступенчатому — через нитрит, гипонитрит и гидроксиламин — ферментативному восстановлению до аммиака:

Восстановление нитратов происходит с участием ферментов, содержащих микроэлементы — молибден, медь, железо и марганец,— и требует затрат энергии, аккумулируемой в растениях при фотосинтезе и окислении углеводов. Восстановление нитратов в растениях осуществляется по мере использования образующегося аммиака на синтез органических азотистых соединений. Они являются естественными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма - растительного и животного, поэтому продуктов, не содержащих нитраты, в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из них, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% - с водой и 6% - с мясом и консервированными продуктами.

Условия азотного питания оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При достаточном снабжении растений азотом в них усиливается синтез органических азотистых веществ. Растения образуют мощные листья и стебли с интенсивно-зеленой окраской, хорошо растут и кустятся; улучшается формирование и развитие органов плодоношения. В результате - резко повышаются урожай и содержание в нём белка. Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов; у зерновых и льна избыток азота может вызывать полегание.

При недостатке азота - рост растений резко замедляется, листья бывают мелкие, бледно-зеленой окраски, что связано с нарушением синтеза хлорофилла, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Ухудшаются также формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна, сильно снижаются урожай и содержание белка в нём.

Избыточное количество нитратов вызывает не нормальный ход функционирования природных экосистем и живых организмов, происходит снижение биологической ценности продукции и возрастает негативное воздействие на человека и животных.

Образование и накопление нитратов в почве и в воде становится экологическим фактором, определяющим не только режим питания растений, обмен веществ и продуктивность, но и качество урожая, воды и воздуха. Содержание нитратов в избыточных количествах ухудшает биологическое качество растительной продукции, создает потенциальную опасность для здоровья человека и животных. Ярким примером может послужить их действие на развитие вредной микрофлоры кишечника, что приводит к попаданию в организм человека токсинов, т.е. ядовитых веществ, интоксикации и отравлению организма.

Нитраты заметно снижают концентрацию витаминов, которые, в свою очередь, способствуют сопротивляемости организма неблагоприятным воздействиям внешней среды, в результате чего замедляется обмен веществ в организме. 4

1. Проблема содержания нитратов в овощах и меры по их предотвращению

Нитраты (соли азотной кислоты) - это необходимый атрибут круговорота азота в природе, важная часть азотного питания растений, без которых невозможны сложные биологические процессы синтеза белка. Сами нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов, которые, подвергаясь дальнейшим превращениям, дают аммиак (NH3), основу питания растений.

Азот необходим растениям для строительства белка. Если его недостаточно, растения становятся бледными, их листья желтеют. В них замедляется или полностью прекращается синтез хлорофилла, такое заболевание называется хлороз.

В почве азот накапливается очень медленно. Ежегодно снимая урожай, человек получает значительную часть азотных соединений из почвы. Они не успевают там восстанавливаться, и их содержание все время падает. Получить высокий урожай без достаточного количества азота в почве невозможно.

Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т.к. они обладают высокой токсичностью для человека, вернее, их восстановленная форма - нитриты.

По нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), допустимой суточной дозой нитратов является 5 мг на 1 кг веса. Если взять за средний вес человека 75 кг, то получится допустимая дневная доза - 375 мг.

Накопление нитратов в овощах зависит не только от доз и сроков внесения минеральных подкормок, но и от своих биологически-видовых особенностях и способностей к накоплению нитратов. Среди факторов внешней среды на их содержание в растениях больше всего влияет влажность, свет, температура воздуха и почвы, которые, действуя в комплексе, усиливают или ослабляют свое взаимодействие.

Так же изменение влажности сильно сказывается на накоплении нитратов, интенсивное увлажнение почвы усиливает поглощение нитратов корнями, что в сочетании с пониженными температурами ведёт к избыточному накоплению нитратов.

В снижении их содержания в овощной продукции может помочь выбор оптимальных сроков уборки урожая. Так, уборку листовых овощей следует проводить в вечерние часы, так как в это время в них содержится на 30—40% меньше нитратов. 5

Существуют простые способы уменьшения содержания нитратов:

Тщательно промывать овощи и фрукты - уменьшает на 10%;

Механическая очистка - на 15-20%;

Варка овощей, особенно очищенных и нарезанных, - на 50%;

Зелень вымачивать перед употреблением в холодной воде 1-1,5 часа - 20-30%;

Уменьшается содержание нитратов при квашении, солении, мариновании.

В этом случае основное средство профилактики — сокращение сроков хранения.

Все салаты, а особенно овощные соки и пюре для детей, следует готовить или вскрывать консервированные непосредственно перед употреблением.

При необходимости готовые продукты хранить лучше в холодильнике, и не больше суток. Стерилизация (кипячение) соков, супов - убивая микрофлору, также подавляет образование нитритов.

Приобретая овощные культуры в магазине или на рынке, мы не знаем всех подробностей ухода за ними. Поэтому выбор овощей стоит производить грамотно и правильно.

1. Предельно допустимые концентрации содержания нитратов в овощах

Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства

(данные института питания РАМН)

1. Индивидуальные особенности некоторых овощных культур в отношении накопления нитратов.

Накопление нитратов носит наследственно закрепленный характер. Зерновые культуры практически не накапливают нитратов. Среди семейств овощных культур наибольшей способностью к накоплению нитратов отличаются Капустные, Тыквенные, Сельдерейные.

Наибольшее количество нитратов накапливают: редька, свекла столовая, капуста, салат шпинат, редис, картофель.

Томаты, перец сладкий, баклажан, чеснок, горох - отличаются низким содержанием нитратов- 20-300 мг/кг.

У ряда овощных и бахчевых культур выявлена сортовая специфика накопления нитратов.

Видовые и сортовые различия по накоплению нитратов обусловлены генетически закрепленными возможностями редуцирующей системы растений, в частности уровнем нитратредуктазной активности, а также разной реакцией на условия окружающей среды и режим минерального питания.

Видовые различия накопления нитратов часто обусловлены локализацией нитратов в отдельных органах растений, что, в свою очередь, связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах.

Нитраты практически отсутствуют в зерне злаков и сосредоточены, в этом случае, в листьях и стеблях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов в стеблях и черешках листьев. Это вызвано тем, что стебли и черешки являются путями транспорта нитратов к другим органам растений.

Накопление нитратов меняется в зависимости от типа органа растения. В клубнях картофеля низкий уровень содержания нитратов обнаружен в мякоти клубня, тогда как в кожуре и сердцевине их содержание было больше по сравнению со средней частью в 1-1,3 раза.

Сердцевина, кончик и верхушка столовой свеклы отличаются от остальных частей корнеплода повышенным содержанием нитратов.

В белокочанной капусте наибольшая концентрация нитратов наблюдается в верхней части стебля. Верхние листья содержат в два раза больше нитратов, больше, чем внутренние. Особенно велико содержание нитратов в черешках листьев.

В моркови высокое содержание нитратов наблюдается в верхушке и на конце корнеплода, а также в сердцевине, причем содержание нитратов уменьшается от кончика к верхушке.

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Экспресс-метод определения нитратов в плодах овощных культур

Самым оптимальным методом является измерение нитратов приборами предназначенными для данных целей. Но также возможно выбирать овощи без специальных устройств.

Как выбрать овощи не содержащие нитраты без вспомогательных приборов?

Так как, допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки, то чтобы уложиться в эти допуски (300 - 325 миллиграммов нитратов в сутки), совсем необязательно иметь собственные дорогостоящие приборы для определения нитратов или ходить за покупками с индикаторными бумажками. Положитесь на государственный контроль, который, конечно, не без трудностей, но постепенно повсеместно налаживается, и воспользуйтесь нашими советами.

Первым признаком наличия нитратов является "химический" цвет - слишком яркий, искусственный. Старайтесь употреблять овощи с естественной окраской.

Второй признак - размер . Они отличаются, прежде всего размером: минимальное содержание нитратов чаще бывает в овощах среднего размера, Большинство мелких плодов — преимущественно молодые растения, для которых характерен избыток нитратов, как запас на будущее. Необычно крупные плоды — часто результат избыточного питания, в том числе и азотного. После этого следует оценить содержание нитратов индикаторными бумагами.

По количеству нитратов овощи сильно отличаются как внутри одной партии, так в разных партиях. Поэтому выбрать малонитратные овощи можно всегда, особенно в период массовой уборки.

Третий признак содержания химии в овощах и фруктах - это запах . Большинство овощей и фруктов не пахнут. Они напичканы нитратами и прочей химией.

Четвертый признак - вкус . Плоды горьковатого вкуса или вообще безвкусные также не стоит покупать.

Таким образом, мы можем немного управлять содержанием нитратов в продуктах потребления, но следует помнить, что вместе с нитратами ликвидируются и витамины.

Введите в свой рацион ягоды и фрукты, которые являются висячими плодами, в них нитратов мало.

Употребление зеленого чая может нейтрализовать нитраты, которые уже попали в организм. 10

Глава 3. Экспериментальное исследование

3.1 Особенности содержания нитратов в плодах различных овощных культур

Для измерения нитратов в овощах был использован прибор «СОЭКС Нитрат тестер». Количество нитратов в овощах измерялось в мг/кг. Результаты исследования заносим в таблицу.

Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства (см. в пункте 1.3)

Выводы:

Результаты наших исследования показали, что наибольшая концентрация нитратов содержится в сладком перце, картофеле и редисе, при этом для данных культур характерно высокое содержание нитратов. Перец сладкий сорт Ласточка (при ПДК 200мг/кг)-167,4мг/кг; картофель сорт Невский (при ПДК 250 мг/кг)-165,2мг/кг; редис сорт Селеста (при ПДК 1500 мг/кг)-160,4 мг/кг (см. Приложение 1)

Наибольшее превышение ПДК по нитратам нами отмечено у лука сорта Золотистый на 31,8 мг/кг (см. Приложение 1)

Таким образом нами установлено наименьшая концентрация нитрата характерная для моркови сорта Лосиноостровская (46,8 мг/кг) и баклажана сорта Алмаз (66,8 мг/кг), поэтому все исследованные сорта образцы можно считать экологически безопасными в этом отношении, за исключением лука сорта Золотистый, где нами отмечено превышение нитратов, при норме 80 мг/кг, более чем на 30 мг/кг, что можно объяснить, как индивидуальными особенностями данного сорта в отношении накоплений нитратов, так и почвенно-климатическими условиями его выращивания (см. Приложение 1)

Приложение 1

Список используемой литературы

Иванова И.В. «Вредное воздействие нитратов и нитритов на организм человека»

Тиво П.Ф, Саскевич Л.А. «Нитраты. Слухи и Реальность»

Пагуже Г.В. «Химия и повседневная жизнь человека»

Харьковская Н.Л, Лященко Л.Ф, Барышова Н.В. «Острожно- нитраты!»

Варкошкина Н.М. «Нитраты в растенях»

Лихолат Т.В. «Снижение нитратов в продукции растениеводства. Школа и производство»

Соколов О. Нитраты - под строгий контроль. Наука и жизнь

Сельскохозяйственный словарь-справочник. — Москва - Ленинград: Государстенное издательство колхозной и совхозной литературы «Сельхозгиз». Главный редактор: А. И. Гайстер. 1934.

Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, т.к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т.к. они (как мы уже знаем) обладают высокой токсичностью для человека сельско-хозяйственных животных.

Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.

Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых. Из разных сельско-хозяйственных растений больше всего нитратов содержится в салате (особенно в тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови, укропе:

• · в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в сердцевине его.
• · в капусте - в кочерыжке, в толстых черешках листьев и в верхних листьях.

Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего содержатся нитраты в их кожице.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы (2) :

• 1. с высоким содержанием (до 5000мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы.
• 2. со средним содержанием (300-600мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокачанная капуста, хрен, морковь, огурцы.
• 3. с низким содержанием (10-80мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.

С физиологической точки зрения, количество нитратного азота в растениях определяется соотношением:

• · процессов поглащения;
• · транспорта;
• · ассимиляции;
• · распределения его в разных органах и частях растения.

И все эти процессы обусловлены совокупностью почвенно-экологических условий, агротехнических и генетических факторов.

Таким образом, накопление нитратов в растениях зависит от комплекса многих причин:

• 1. от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта “Красный великан” по сравнению с другими её сортами (“розовый с белым кончиком”, “жара” и др.). Содержание нитратов зависит и от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.
• 2. от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий - в картофеле, огурцах и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Органические удобрения положительно влияют на капусту, морковь, свеклу, петрушку, картофель, шпинат. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений (KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2 ), чем при употреблении аммонийных. За последние годы (со слов руководителя лаборатории пищевой токсикологии института питания Т.С.Хотимченко) произошло существенное снижение нитратов в продуктах отечественного растеневодства по причине меньшего использования химических удобрений в виду их дороговизны. Если в 1988-89 годах ПДК по нитратам превышал 15% у овощей, то теперь - не более 3%.
• 3. Накопление нитратов зависит и от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения):
• 4. чем длиннее световой день, тем меньше нитратов в растениях;
• 5. при влажном и холодном лете (1985г.) количество нитратов увеличилось в 2,5 раза.
• 6. при повышении температуры до 20°С количество нитратов снизилось в столовой свекле в 3 раза. Нормальная освещённость растений снижает содержание нитратов, поэтому в тепличных растениях нитратов больше (10)

Содержание нитратов в растениях зависит и от свойств почвы. Чем богаче гумусом и общим азотом почва, тем больше накапливаются нитраты в корнеплодах моркови. На содержание нитратов влияют и условия хранения растений. Установлено, что при хранении овощей в открытых ёмкостях вместе с гнилыми овощами увеличивается содержание нитратов в них, а также не следует перерабатывать корнеплоды моркови или плоды томатов, повреждённые гнилью. Лучше употреблять овощи своего сезона, т.е. когда овощи выросли под открытым небом, а не в теплице зимой. Овощи, богатые нитратами следует хранить в течении короткого времени и, желательно, в прохладном и тёмном месте. Нельзя хранить овощи битые, повреждённые. Овощи лучше собирать с огорода вечером.

При употреблении фруктов в пищу мы должны внимательно следить за их качеством. Чтобы яблоки дольше хранились, их покрывают эмульсионным налётом и насыщают консервантами. Такие яблоки внешне очень привлекательны, но порой в них нет ни вкуса, ни запаха, ни живой сочности, а консерванты в них убивают в кишечнике человека его полезную микрофлору. Такие же консерванты используются и для хранения других продуктов (растительного масла, сосисок, колбас). Поэтому надо бдительно следить за сертификатами импортных продуктов.

Вопрос накопления нитратов в растениях нашей области стал изучаться СахНИИ с/х с 1989 года, сотрудники которого выяснили, что на Сахалине в связи с особыми агрометеорологическими условиями содержание нитратов в растениях увеличивается:

• 1. большое количество дней, частые туманы;
• 2. заниженная солнечная радиация;
• 3. более низкие температуры воздуха и почвы;
• 4. сильные ветра.

Способы снижения вреда нитратов в растениях на организм человека.

Очень важно не только знать в каких растениях, в каких их органах и частях содержатся в основном нитраты, но и не менее важно надо знать, как уменьшить содержание этих ядовитых веществ для организма, поэтому предлагается ряд ценных советов:

• 5. Снижается количество нитратов при термической обработке овощей (13) (мойке, варке, жарке, тушении и бланшировке). Так, при вымачивании - на 20-30%, а при варке на 60-80%.
• § в капусте - на 58%;
• § в столовой свекле - на 20%;
• § в картофеле - на 40%.

При этом следует помнить, что при усиленной мойке и бланшировании (обваривании кипятком) овощей в воду уходят не только нитраты, но и ценные вещества: витамины, минеральные соли и др.

• 4. Чтобы снизить количество нитратов в старых клубнях картофеля, его клубни следует залить 1%-ным раствором поваренной соли.
• 5. У паттисонов, кабачков и баклажанов необходимо срезать верхнюю часть, которая примыкает к плодоножке.
• 6. Т.к. нитратов больше в кожуре овощей и плодов, то их (особенно огурцы и кабачки) надо очищать от кожуры, а у пряных трав надо выбрасывать их стебли и использовать только листья.
• 7. У огурцов, свеклы, редьки к тому же надо срезать оба конца, т.к. здесь самая высокая концентрация нитратов.
• 8. Хранить овощи и плоды надо в холодильнике, т.к. при температуре +2°С невозможно превращение нитратов в более ядовитые вещества - нитриты.
• 9. Чтобы уменьшить содержание нитритов в организме человека надо в достаточном количестве использовать в пищу витамин С (аскорбиновую кислоту) и витамин Е , т.к. они снижают вредное воздействие нитратов и нитритов (4).
• 10. Выяснено, что при консервировании уменьшается на 20-25% содержание нитратов в овощах, особенно при консервировании огурцов, капусты, т.к. нитраты уходят в рассол и маринад, которые поэтому надо выливать при употреблении консервированных овощей в пищу.
• 11. Салаты следует готовить непосредственно перед их употреблением и сразу съедать, на оставляя напотом.

Азот - это один из самых важнейших химических элементов в жизни растений, т.к. он необходим для синтеза аминокислот, из которых образуются белки. Азот получает растение из почвы в виде минеральных азотных солей (нитратных и аммиачных).

В растениях азот подвергается сложным превращениям.

Метаболизм азота в растениях - это сложный процесс, и нитраты занимают в нём промежуточное положение:

HNO 3 – HNO 2 – (HNO) 2 – NH 2 OH + NH 3

(нитрат) (нитрит) (гипонитрит) (гидроксиламин) (аммиак)

Нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов. В этом процессе участвуют различные металлы (молибден, железо, медь, марганец), и при этом происходит интенсивная трата углеводов, т.к. на восстановление тратится энергия, источником которой являются углеводы. Нитриты могут накапливаться в растениях и этим подавлять их рост. Но основная часть нитритов, подвергаясь дальнейшим превращениям, даёт аммиак (NH3).

Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, т.к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т.к. они обладают высокой токсичностью для человека сельско-хозяйственных животных.

Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы :

1)с высоким содержанием (до 5000мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы.

2) со средним содержанием (300-600мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокачанная капуста, хрен, морковь, огурцы.

3) с низким содержанием (10-80мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.

Нитраты и качество воды

Большое количество нитратов содержится в коллекторных и дренажных водах, дренирующих сельскохозяйственные территории, на которых применяются азотные удобрения и навоз. Концентрация нитратов в этих водах может превышать 120 мг/л. В естественных (природных) условиях количество их не превышает 9 мг/л. Наибольшее количество (свыше 200 мг/л) нитратов находится в бытовых стоках и в стоках животноводческих комплексов.

Грунтовые воды содержат, как правило, меньше нитратов, чем поверхностные, поскольку почва служит своего рода «фильтром» по пути передвижения нитратного азота. Чем глубже залегают грунтовые воды, тем меньше содержится в них нитратов.

Наиболее рациональный путь снижения концентрации нитратов в поверхностных и грунтовых водах заключается в уменьшении размеров высвобождения азота и его оксидов из природных и антропогенных источников и ограничения их миграции в агроландшафтах. В зонах интенсивного применения азотных удобрений необходимо создание охранных зон, предотвращающих поступление подвижных соединений азота в водоемы, воду которых используют как питьевую.

Нормы азотных удобрений должны быть экологически безопасными, сроки и способы их внесения определяются учетом почвенно-экологических условии агроландшафта и биологических особенностей реакции растений на режим азотного питания. Например, система применения азотных удобрений при выращивании риса на основе локального внесения туков в почву, благодаря чему снижается поступление нитратов в надпочвенный слой воды и исключается необходимость проведения подкормок в течение вегетации с самолета. Последний способ внесения азотных удобрений несет наибольшую угрозу качеству поверхностных вод.

При утилизации сточных вод животноводства рекомендуется ограничить использование их в неразбавленном виде. Наиболее приемлемым и целесообразным является обязательное разбавление стоков водой в 1,5 раза при обязательном внесении в почву фосфорных и калийных удобрений в дозах, необходимых для полною обеспечения растений в фосфоре и калии н сбалансированных к количеству азота, применяемого в сточных водах.

С целью предупреждения избыточной аккумуляции нитратов в природных подах, сохранения и прогнозирования изменения качества воды необходимо наладить региональный и местный контроль за их содержанием как в природных, так и в сбросных водах, установив при этом научно обоснованные нормативы предельно допустимых концентраций во всех видах вод.

Вредное воздействие нитратов на организм человека

Общеизвестно, что поступление в организм нитратов вредоносно для человека и сельско-хозяйственных животных. При этом следует помнить, особенно токсичны организму не сами нитраты, а нитриты, в которые они превращаются при определённых условиях:

1)Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём 2-х валентное железо в 3-х валентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливается молочная кислота, холестерин, и резко падает количество белка.

2)Особенно опасны нитраты для грудных детей, т.к. их ферментная основа несовершенна и восстановление метгемоглобина в гемоглобин идёт медленно.

3)Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества токсины, в результате чего идёт токсикация, т.е. отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются :

Синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек;

Тошнота, рвота, боли в животе;

Понос, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз;

Головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности;

Одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;

При выраженном отравлении - смерть.

4)Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие горманов, а через них влияют на все виды обмена веществ.

5)У беременных женщин возникают выкидыши, а у мужчин - снижение потенции.

6)При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.

7)Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте у человека.

8)Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.

Допустимые нормы нитратов для человека

Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25г на человека весом в 60кг. Для ребёнка допустимая норма не более 50мг.

Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15-200мг; 500мг - это предельно допустимая доза (600мг - уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10мг нитратов.

ПДК нитратов в воде согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 45 мг/дм 3

В качестве очищения воды от нитратов используются обратный осмос и ионный обмен. В первом случае должно производиться обессоливание воды до такой степени, при которой концентрация нитратов будет соответствовать норме. Однако при обратном осмосе удаляются все солис малой селективностью и в результате получается обессоленная вода. Вопрос об полезности такой воды для организма и вкусовых качествах является дискуссионным. Стоимость такой обработки воды достаточно высока. При высоком содержании нитратов вполне возможно использовать малогабаритные установки обратного осмосадля приготовления воды только для питьевых нужд.

Среди многих причин, обусловливающих накопление нитратов в растении, следует выделить следующие; видовая и сортовая специфика накопления нитратов; условия минерального питания, почвенно-экологические факторы. Зачастую факторы, способствующие накоплению нитратов, воздействуют в комплексе , что осложняет прогнозирование уровня нитратов в продукции.

Видовые различия растений по накоплению нитратов зачастую обусловлены локализацией нитратов в отдельных органах растений. Выяснение особенностей локализации нитратов в разных органах и тканях представляется важным как для понимания механизмов перераспределения и запасания нитратов в ходе онтогенеза, так и диагностики качества продукции овощных и кормовых культур.

Распределение нитратов в растениях

Знание особенностей распределения нитратов в товарной части урожая продукции представляет особый интерес для потребителя, так как позволяет рационально использовать продукцию как на переработку (варка, приготовление соков, квашение, соление, консервирование), так и в пищу в свежем виде. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение количества нитратов, поступающих в организм человека.

Распределение нитратов связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов возделываемых культур, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Распределение нитратов тесно связано с видом растения. Так, нитраты практически отсутствуют в зерне злаковых культур и в основном сосредоточены в стеблях и листьях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов, как правило, в стеблях и черешках листьев. В листовой пластинке зеленых культур нитратов содержится в 4-10 раз меньше, чем в стеблях. Высокое содержание нитратов в стеблях и черешках вызвано тем, что они являются местом транспорта нитратов к другим органам растений, где они ассимилируются до органических соединении азота. Способность же ткани накапливать нитраты связана с целым комплексом факторов как внутренних, так и внешних. Наибольшее их количество находится в нижней 11 части листа, минимальное - в его верхушке.

Накопление нитратов меняется в зависимости от типа органа растения. В клубнях картофеля низкий уровень нитратов обнаружен в мякоти клубня, тогда как в кожуре и сердцевине их содержание возрастало о 1,1-1.3 раза. Сердцевина, кончик и верхушка столовой свеклы отличаются от остальных его частей повышенным содержанием нитратов. Поэтому у столовой свеклы необходимо отрезать верхнюю и нижнюю части корнеплода.

В белокочанной капусте наибольшее количество нитратов находится в верхушке стебля (кочерыжке). Верхние листья кочана содержат их в 2 раза больше, чем внутренние. И так же как у зеленых овощей, черешки листьев капусты отличаются более высоким содержанием нитратного азота, чем листовые пластинки.

Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они (как мы уже знаем) обладают высокой токсичностью для человека и домашних животных.

Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.

Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых. Больше всего нитратов содержится в салате (особенно в тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови, укропе:

в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в его сердцевине;

в капусте - в кочерыжке, в толстых черешках и в верхних листьях.

Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего нитратов содержится в их кожице.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы (2):

со средним содержанием (300 – 600 мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы;

С физиологической точки зрения количество нитратного азота в растениях определяется соотношением:

процессов поглощения;

транспорта;

ассимиляции;

распределения его в разных органах и частях растения.

И все эти процессы обусловлены совокупностью почвенно-экологических условий, агротехнических и генетических факторов.

Таким образом, накопление нитратов в растениях зависит от комплекса причин:

от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта “Красный великан” по сравнению с другими её сортами (“розовый с белым кончиком”, “жара” и др.).

от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.

от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий - в картофеле, огурцах и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Органические удобрения положительно влияют на капусту, морковь, свеклу, петрушку, картофель, шпинат. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах.

Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений (KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2), чем при употреблении аммонийных. За последние годы (по словам руководителя лаборатории пищевой токсикологии института питания Т. С. Хотимченко) произошло существенное снижение нитратов в продуктах отечественного растениеводства по причине меньшего использования химических удобрений в виду их дороговизны. Если в 1988 – 89 годах ПДК по нитратам превышал 15% у овощей, то теперь - не более 3%.

от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения):

чем длиннее световой день, тем меньше нитратов в растениях;

при влажном и холодном лете количество нитратов увеличилось в 2,5 раза.

при повышении температуры до 20 °С количество нитратов снизилось в столовой свекле в 3 раза. Нормальная освещённость растений снижает содержание нитратов, поэтому в тепличных растениях нитратов больше.

При употреблении фруктов в пищу мы должны внимательно следить за их качеством. Чтобы яблоки дольше хранились, их покрывают эмульсионным налётом и насыщают консервантами. Такие яблоки внешне очень привлекательны, но порой в них нет ни вкуса, ни запаха, ни живой сочности, а консерванты в них убивают в кишечнике человека полезную микрофлору. Такие же консерванты используются и для хранения других продуктов (растительного масла, сосисок, колбас). Поэтому надо внимательно следить за сертификатами импортных продуктов.

Вопрос накопления нитратов в растениях нашей области стал изучаться СахНИИ с/х с 1989 года, сотрудники которого выяснили, что на Сахалине в связи с особыми агрометеорологическими условиями содержание нитратов в растениях увеличивается:

большое количество дней, частые туманы;

заниженная солнечная радиация;

более низкие температуры воздуха и почвы;