1.Проблема поступления нитратов в организм человека и животных с овощной продукцией и картофелем
Поступление и накопление нитратов в растениях стали предметом интенсивных исследований за последние два десятилетия главным образом благодаря двум обстоятельствам. Во – первых, содержание нитратов в продуктивных органах до определенных пределов положительно коррелирует с ростом растений и, во-вторых, чрезмерно высокое их содержание в растениях не только значительно ухудшает качество продукции, но и потенциально опасно для здоровья человека и животных. Несмотря на большое количество работ по этой тематике как отечественных, так и зарубежных авторов, единой точки зрения на проблему не достигнуто. Работ, анализирующих содержание NО3 в урожае в сопоставлении с допустимым для здоровья человека и животных их количеством мало и они противоречивы. Нет единого мнения о критической величине содержания нитратов; спорной представляется и обоснованность уровня ПДК для отдельных культур. Главный источник нитратов в пище человека – овощи. На их долю приходится до 80% нитратного азота, поступающего в человеческий организм (остальное — с питьевой водой, мясом и т.д.).
Нитраты являются одним из главных источников азотного питания растений. В растительном организме они восстанавливаются, а затем, пройдя ряд превращений, включаются в состав белков, нуклеиновых кислот и других соединений, играя, таким образом, исключительно важную роль в структурном построении и обмене веществ. Для нормального протекания процесса синтеза органического вещества необходим некоторый оптимальный уровень содержания нитратов в сельскохозяйственных культурах (от 0,5 до 1% сухого вещества). Снижение его приводит к снижению урожайности. Для растений NО3 – совершенно естественный продукт их жизнедеятельности и они могут накапливать нитраты в значительных количествах – до 20% от общего содержания азота. Для человека и животных вредным является не просто содержание нитратов в продукции растениеводства, т.к. какой-то уровень присутствует всегда, а лишь избыточная их концентрация.
Нитраты как таковые не отличаются высокой токсичностью. В организме взрослого человека они быстро всасываются и быстро выводятся благодаря своей хорошей растворимости. Но под влиянием микрофлоры кишечника идет восстановление нитратов до аммиака через стадию нитритов. Задержка восстановления нитратов на промежуточной стадии приводит к накоплению нитритов в желудочно-кишечном тракте, а они в 10 раз более токсичны, чем нитраты. Всосавшись в кровь, нитриты переводят двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное с образованием метгемоглобина, который блокирует центры переноса кислорода, чем нарушается нормальное тканевое дыхание и развивается бессимптомная метгемоглобинемия, асфиксия (удушье). Но все это имеет место при значительных концентрациях нитрит-иона. В небольших дозах нитриты оказывают сосудорасширяющее, спазмолитическое воздействие, понижают кровяное давление, что обуславливает их применение в составе лекарств. Также избыточные нитраты в организме участвуют в образовании более сложных соединений – нитрозаминов, которые, предположительно, обладают канцерогенным и мутагенным действием. В организме животных происходят аналогичные преобразования.
В обычных условиях в растениях нитриты практически не накапливаются, а могут появляться при попадании микроорганизмов в процессе уборки, транспортировки, а также при загнивании продукции и появлении плесени. Нитрозамины в растениях также не накапливаются в заметных количествах. Однако имеются сведения, что в корне- и клубнеплодных растениях их сравнительно больше, чем в зерновых, причем локализируются они в поверхностном слое клубней и корнеплодов.
Таким образом, основную опасность нитраты, поступая в организм человека и животных, представляют именно как источник нитритов и нитрозаминов. В целом же нитраты – естественный компонент живой природы и проблема состоит не в том, что они попадают в живой организм, а в том, чтобы их количество не превышало предела, когда они способны подорвать защитные силы организма человека и животных.
2.Факторы, влияющие на содержание нитратов в овощах
Содержание нитратного азота в растениеводческой продукции изменяется в широких пределах под действием ряда факторов. В большей степени это обусловлено их принадлежностью к определенным ботаническим семействам. В этом проявляются биологические особенности растений, в частности, их азотного обмена. Так, из овощных культур наибольшее количество нитратов накапливают листовые овощи и растения из семейства капустных. Внутри семейства выделяются виды с ярко выраженной способностью аккумулировать нитраты. Например, в семействе маревых таким видом является столовая свекла. Следует отметить, что способность накапливать нитраты присуща не только культурным растениям, но и дикорастущим. Из того же семейства маревых богаты нитратами щирица, лебеда, из других семейств – крапива, молочай, черемша, донник и многие другие. Большую роль в накоплении нитратов играет и сорт. Ранние сорта овощных культур, как правило, отличаются повышенным содержанием нитратов, а в поздних их значительно меньше. В полевых опытах с редисом кафедры агрохимии ОмГАУ различия в содержании нитратов в раннем сорте Жара и позднем – Красный великан составили 550%. Аналогичные данные получены и для сортов моркови. В полевых опытах содержание нитратов у сорта Нантская варьировало от 248 до 1323 мг/кг, а у сорта Шантенэ – от 120 до 540 мг/кг. Эти различия объясняются скоростью поглощения солей азота корнями растений и возможностью каждого сорта более или менее эффективно создавать органическое вещество. Но и внутри сорта выявляют отдельные генотипы, обладающие способностью не накапливать нитраты. Так, при среднепопуляционном уровне содержания нитратов в корнеплодах столовой свеклы сорта Бордо около 2880 мг/кг сырой массы обнаружены генотипы с содержанием нитратов не более 350 мг/кг. Это открывает определенные перспективы для селекционной работы в этом направлении.
Содержание нитратов изменяется и с возрастом растений. На ранних стадиях развития всех растений их содержание выше, чем на более поздних. Это вызвано рядом причин. Во-первых, корневые системы молодых растений активнее поглощают питательные вещества. Во-вторых, для восстановления нитратов и дальнейшего использования азотистых веществ необходимы углеводы, обладающие восстановительными способностями. В молодых растениях их содержание невелико, а на более поздних стадиях вегетации оно увеличивается. В- третьих, по мере роста и развития растений повышается расход веществ на построение новых тканей и органов, на что в числе других питательных веществ затрачиваются и азотистые соединения. Относительно высокое содержание нитратов в корнеплодных растениях связано с двулетним циклом их развития.
Выявлено, что культуры и сорта с непродолжительным вегетационным периодом (редис, салат, шпинат, ранняя капуста) накапливают больше нитратов, так как за непродолжительный срок поглощают значительное количество минерального азота. У культур, урожай которых убирают неоднократно в течение сезона, содержание нитратов выше в продукции первых сборов. Много нитратов содержится в недозрелых плодах (данные получены в опытах с томатом и перцем).
По органам растения нитраты распределены неравномерно. Основной путь попадания нитратов в растения – из почвенного раствора через корневую систему, а затем они транспортируются по проводящим сосудам в различные органы. Это обусловливает наибольшую концентрацию NО3 во всасывающих корешках и проводящей системе растений. Поэтому неорганический азот практически отсутствует в зерне злаковых культур. Больше нитратов в стеблях, черешках и жилках листьев, а в листовых пластинках, где идут активные синтетические процессы, их меньше. У капусты больше нитратов во внешних листьях и кочерыге, меньше – во внутренних листьях. У картофеля значительная часть нитратов накапливается в кожуре, поэтому только одна очистка значительно уменьшает содержание NО3 в клубнях. Много нитратов накапливается в кожуре огурцов – в 5 раз больше, чем в мякоти плода. У корнеплодов максимальное количество нитратов накапливается в мелких всасывающих корешках и верхушке корнеплода, в центре же корнеплодов их содержание ниже в 7 – 10 раз. Дифференциацию нитратов по органам и отдельным частям органов растений следует учитывать при отборе средней пробы овощной продукции для анализа на их содержание.
Содержание нитратного азота в растениеводческой продукции изменяется в широких пределах и под действием ряда внешних факторов, среди которых одним из самых значительных является уровень азотного питания. Накоплению NО3 способствует неумеренное, одностороннее, неграмотное азотное удобрение сельскохозяйственных культур. Агротехника овощных культур предусматривает применение азотных удобрений в значительных количествах, особенно в защищенном грунте. Без применения удобрений в настоящее время невозможно получение урожаев, обеспечивающих рентабельное ведение овощного хозяйства. Поэтому очень большое внимание уделяется установлению оптимальных доз, сроков и способов внесения применяемых удобрений, в т.ч. и азотных. По данным многолетних исследований, проводимых сотрудниками кафедры агрохимии ОмГАУ, оптимальной дозой азота под картофель при основном внесении на черноземах Омской области является 45 кг на гектар в сочетании с 90 кг фосфора и 45 кг калия. Под овощные культуры оптимальной средней дозой является N90Р120 – 150К45-60.
Очень важное значение для качества овощной продукции имеют сроки азотных подкормок. Проведенные в конце июня – начале июля, они могут быть полезными растениям, испытывающим недостаток азота. Более поздние подкормки, особенно в период массового созревания кочанов и корнеплодов, затягивают вегетацию растений, замедляют биосинтез сахаров и сухого вещества, вызывают избыточное накопление нитратов.
Большую роль в минеральном питании растений имеет сбалансированность элементов питания. Установлено, что при недостатке калия часто наблюдается угнетение углеводного обмена, т.е. уменьшается количество энергетического материала для восстановления нитратов и аминирования, а при дефиците фосфора и молибдена нарушается синтез белковых соединений из аминокислот. Сбалансированность минерального питания особенно следует учитывать при размещении растений по пару, а также владельцам садовых участков.
В отношении видов и форм применяемых азотных удобрений имеются сведения, что нитратная форма азота (селитры) увеличивает содержание NО3 в значительно большей степени, чем аммонийная (сульфат аммония) или амидная (мочевина), внесенные в эквивалентной по азоту дозе. Но эти различия проявляются не на всех типах почв, не во всех климатических поясах.
Сторонники так называемого альтернативного земледелия утверждают, что нитратная проблема возникла исключительно с внесением минеральных азотсодержащих удобрений. Они ратуют за применение только органических удобрений, которые позволят получать продукцию с невысоким содержанием нитратов. Однако достоверных данных пока получено немного. Этому есть объяснение, так как при внесении органических удобрений питание растений азотом происходит в виде все тех же нитратов. В целом же внесение органических удобрений – один из резервов решения нитратной проблемы, т.к. минерализация навоза высвобождает азот постепенно и при внесении умеренных доз органики не создает избыточной его концентрации в почвенном растворе. Разумный подход к азотному питанию растений состоит не в противопоставлении минеральных и органических удобрений, а в их сочетании.
Важное значение для усвоения минерального азота в растении играют экологические факторы и среди них погодные условия и освещенность. При низкой освещенности снижается активность нитратредуктазы – фермента, ответственного за восстановление нитратов, поступающих в растения, до аммиака, который используется в процессах биосинтеза. При этом нитраты не расходуются на формирование органического вещества и накапливаются в растениях в свободной форме. Повышенное содержание нитратов в тепличной продукции часто объясняют именно недостатком света. По данным института картофельного хозяйства, в Центрально-Черноземной зоне с большой солнечной инсоляцией и суммой активных температур в картофеле нитратов накапливается меньше, чем в областях Нечерноземной зоны России и в Северо-Западном районе (Картофель и овощи, 1987, № 6, с. 20 – 21). По условиям освещенности наиболее важен период перед уборкой : чем больше солнечных дней, тем ниже содержание нитратов.
Накопление нитратов возрастает в продукции открытого грунта возрастает при неблагоприятных погодных условиях: в годы с холодным и пасмурным летом. В опытах кафедры агрохимии содержание нитратов в столовой свекле по годам варьировало в пределах 200 – 250%. В этих же опытах установлено, что изменчивость содержания нитратов в корнеплодах на 69% обуславливается погодой и почвенными условиями, на 26% — взаимодействием почвенно – климатических условий и удобрений и лишь на 5% — удобрениями.
По наблюдениям, проведенным в условиях жаркого климата Средней Азии, воздействие высоких температур сдерживает вовлечение нитратов в процесс образования сложных органических соединений. Поэтому овощи из Средней Азии часто отличаются повышенным содержанием нитратов.
Из агротехнических приемов на накопление нитратов влияет густота стояния растений. Как повышение, так и уменьшение плотности посева приводит к повышению накопления нитратов. В первом случае это связывают с затенением в результате загущения, а во втором – при большей площади питания в растения поступает больше нитратного азота. Исследований по данному вопросу пока недостаточно.
На накопление нитратного азота в овощной продукции также оказывают влияние болезни и вредители. Нарушая условия для синтеза органического вещества урожая, они способствуют накоплению нитратов в растениях.
В процессе транспортировки и хранения в овощной продукции может изменяться содержание нитратов, возможно также их накопление. Данных по этому вопросу недостаточно и они противоречивы. Имеются данные о снижении нитратов в столовой свекле и моркови после 6-месячного хранения. В другом исследовании при хранении картофеля и овощей в течение 6 месяцев на складах с усиленной вентиляцией произошло снижение содержания нитратов до 30% от исходного количества.
По результатам зарубежных исследований при хранении листовых овощей до 6 суток даже в холодных помещениях, содержание нитратов в них повышалось; при комнатной температуре их накапливалось значительно больше.
Хранение листовых овощей, загрязненных землей и с поврежденными листьями приводит к более быстрому проникновению бактерий внутрь листьев и образованию в них нитритов. Поэтому при хранении листовых овощей важно не допускать загрязнения и повреждения листьев и поддерживать температуру не выше 50 С. При более высокой температуре необходимо обеспечить быструю реализацию овощей.
Данные о содержании нитратов в продукции нельзя непосредственно использовать для прогноза сохранности урожая в процессе зимнего хранения, так как на этот процесс влияют многие факторы, в частности, погодные условия, степень поражения фитопатогенами, качество уборки и пр. По результатам исследований института картофельного хозяйства, качество картофеля в период зимнего хранения в первую очередь определяется погодными условиями года. Но и показатель концентрации нитратов следует учитывать, т.к. продукция, содержащая повышенное содержание NО3 , хуже хранится и быстрее теряет свои товарные качества.
Подводя итог вышесказанному следует отметить, что в проблеме нитратов нашел отражение один из основных законов материалистической диалектики – перехода количественных изменений в качественные. Определенный уровень содержания нитратов в растениях – это необходимость, и, следовательно, благо; а их избыток – уже вред.
3.Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов и мероприятия по снижению их содержания в овощах
Категорией меры содержания нитратов в растениях является предельно допустимая их концентрация (ПДК), выше которой начинается вредное воздействие. С учетом видовых особенностей с.-х. культур и их доли в общем рационе питания разработаны допустимые уровни содержания нитратов в продуктах растительного происхождения (СаНПиН 2.3.2.1078 – 01)
Таблица 1. – Допустимые уровни содержание NО3 в овощной продукции, мг/кг сырой массы
| Культуры | Открытый грунт | Защищенный грунт |
| Картофель | 250 | |
| Капуста белокочанная ранняя (до 1 сентября) | 900 | |
| То же, поздняя | 500 | |
| Морковь ранняя (до 1 сентября) | 400 | |
| То же поздняя | 250 | |
| Томаты | 150 | 300 |
| Огурцы | 150 | 400 |
| Свекла столовая | 1400 | |
| Лук репчатый | 80 | |
| Лук — перо | 600 | 800 |
| Листовые овощи | 2000 | |
| Перец сладкий | 200 | 400 |
| Кабачки | 400 | |
| Арбузы | 60 | |
| Дыни | 90 |
В большинстве стран контроль содержания нитратов в продуктах питания осуществляют органы здравоохранения, в некоторых – специальные институты (Германия, Австрия), в США – Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментозных препаратов. Есть страны, где этим занимается Министерство внутренних дел. В России контроль содержания нитратов в овощной продукции осуществляет сеть лабораторий агрохимической и санитарно – эпидемиологической служб. Ответственность за своевременный и качественный отбор и доставку в лабораторию проб овощной продукции возлагается на руководителей хозяйств.
Многолетний опыт определения нитратов в испытательной лаборатории ФГУ ПИЦАС «Омский» свидетельствует о том, что в большинстве случаев его количество не превышает ПДК, особенно в последнее время, когда резко снизилось применение минеральных удобрений. Ряд отечественных и зарубежных исследователей утверждают, что токсичного действия нитратов на людей можно не опасаться вследствие относительно небольшого потребления овощей (200 – 250 г/сутки). Однако для культур, которые в силу биологических особенностей содержат много нитратов в товарной части продукции, контроль питания и качества продукции приобретает особо важное значение. Только контролируя питание растений в течение вегетации, можно влиять на качество продукции путем изменения соотношения элементов питания до оптимальных значений.
К наиболее общим мероприятиям по снижению содержания нитратов в овощной продукции можно отнести следующие:
— правильное, сбалансированное применение доз и сочетаний удобрений, рассчитанных на основе данных почвенной диагностики;
— единовременная доза азотных удобрений под большинство овощных культур не должна превышать 90 кг/га (под капусту – до 150 кг/га);
— заканчивать подкормки не позднее, чем за 1 – 1,5 месяца до уборки; для некорневой подкормки использовать мочевину;
— добиваться равномерного распределения удобрений на поверхности поля; не допускать внесения слежавшихся туков;
— совершенствовать орудия для внесения удобрений;
— шире использовать органические удобрения – подстилочный навоз, торф, солому, компосты;
— селекция сортов овощей и картофеля со сниженным содержанием нитратов;
— обеспечивать оптимальную густоту стояния, не выращивать овощи на затененных участках;
— поддерживать оптимальную влажность почвы
— применение ингибиторов нитрификации в тех районах, где они оказывают положительный эффект;
— в случае повышенного содержания нитратов смещать сроки уборки на более поздний период;
— при хранении овощей соблюдать требуемый режим;
— используемые в пищу овощи следует дифференцировать по содержанию нитратов и подвергать соответствующей переработке. Нитраты легко растворимы в воде, поэтому применяя такие способы переработки, как бланширование, варка или тепловая стерилизация, можно значительно снизить их содержание в продуктах питания
Применение всех вышеизложенных мероприятий позволяет уменьшить опасность потребления овощей с повышенным содержанием нитратов.
