Определение содержания нитратов в растительных объектах

 

Азот широко распространен во всех геосферах и в составе различ­ных соединений мигрирует в биосфере. В газообразной форме в виде 1/2 он довольно инертен, составляет 70% атмосферы. Используется биотой после усвоения его с помощью азотфиксирующих бактерий почв и клубеньковых бактерий бобовых, а также сине-зеленых водорослей гидросферы.

При этом азот превращается в аммиак по схеме:

N₂ ^{фиксация} 2N

2N + 3H₂ à 2NH₃

В воде и почвенных растворах аммиак существует в виде иона аммония NH₄⁺, который с помощью микроорганизмов окисляется до нитрат-ионов (нитрификация):

2NH₃ + 3O₂ à 2H⁺ + 2NO₂^- + 2H₂O

2NO₂^- + O₂ à 2NO₃^-

В форме нитратов азот ассимилируется растениями и идет на об­разование аминокислот и белков. После гибели организмов азотсодер­жащие органические соединения подвергаются разложению. В кисло­родных условиях может идти реакция

В бескислородных условиях процесс можно представить в виде следующей схемы (денитрификация):

Кислород нитратов идет на окисление органических веществ. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов использу­ется кислород сульфат-ионов:

Образовавшийся аммиак возвращается в цикл. Свободный азот N₂ или еще азот в виде N₂O, полученный в результате деятельности микроорганизмов, возвращается в окружающую среду. В природе су­ществует баланс между включаемым в иосферу и возвращаемым азотом.

В последнее время применение удобрений, увеличение объема про­изводств, дающих азотсодержащие отходы, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, живых организмах накапливается избы­точное количество нитратов, т.к. денитрифицирующие бактерии не успевают перерабатывать поступающие соединения. Избыток содержа­ния нитратов вредит здоровью людей, вызывает бурный рост водных, растений, приводящий к эвтрофикации водоемов. Накопленные в почве нитраты легко подвижны. При выпадении большого количества осадков они могут вымываться в глубокие горизонты и даже проникать в грун­товые воды. Накопленные в почве, воде нитраты интенсивно всасываются рас­тениями, поскольку являются необходимым компонентом их питания.

Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5 мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребёнка допустимая норма не более 50 мг. Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15~200 мг; 500 мг – это предельно допустимая доза (600 мг – уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов. В РФ допустимая среднесуточная доза нитратов – 312 мг, но в весенний период реально она может быть 500-800 мг/сут.

Пути попадания нитратов в организм человека: а) через продукты питания растительного и животного человека; б) питьевую воду; в) лекарственные препараты. Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов). Незначительное количество нитратов поступает с хлебо-булочнымн изделиями и фруктами: с молочными продуктами попадает около 1% (10-100 мг/л). Часть нитратов может образоваться в самом организме человека при его обмене веществ. Загрязнённая нитратами питьевая вода вызывает 70-80% всех имеющихся заболеваний, которые на 30% сокращают продолжительность жизни человека. В питьевой воде из подземных вод содержится до 200 мг/л нитратов, гораздо меньше их в воде из артезианских колодцев. Нитраты попадают в подземные воды через различные химические удобрения с полей (нитратные, аммонийные) и от химических предприятий по производству этих удобрений. Наибольшее количество нитратов содержится в грунтовых водах, в колодезной воде. Обычно жители городов пьют воду, где содержится до 20 мг/л нитратов, жители же сельской местности – 20-80 мг/л.

Рыбная и мясная продукция в натуральном виде содержит немного нитратов (5-25 мг/кг в мясе, и 2-15 мг/кг в рыбе). Но нитраты и нитриты добавляют в готовую мясную продукцию с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительною её хранения (колбасные изделия). В сырокопчёной колбасе содержится нитритов 150 мг/кг, а в варёной колбасе – 50-60 мг/кг. Также нитраты попадают в организм человека через табак. Выяснено, что некоторые сорта табака содержат до 500 мг нитратов на 100 г сухого вещества.

Накопителями нитратов являются растения семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшие их количества содержатся в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее, наименьшее – в томатах, баклажанах, чесноке, винограде и яблоках. Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих органах растений – корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Так, у капусты наружные листья кочана содержат в 2 раза больше нитратов, чем внутренние. А в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2-3 раза больше, чем в листовой пластинке. У кабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке (Приложение 3).

Избыток содержания нитратов в воде и пищевых продуктах вредит здоровью людей, так как появление в организме нитрита, восстановленного из нитрата, служит причиной образования метгемоглобина, в котором кислород прочно связан с гемоглобином, что снижает способность эритроцитов переносить кислород.

Цель работы: углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.

Приборы и реактивы: нитратомер ЭКО-01, электро­ды хлорсеребряный и нитратселективный, гомогенизатор, 0,1 М раст­вор КNO₃ 1%-ный раствор алюмокалиевых квасцов, терка, электронные весы.

Порядок выполнения работы

В начале готовят к работе электроды и калибруют нитратомер по методике, приведенной в работе № 5. Полученные в работе значения сравнивают с санитарно-гигиеническими нор­мами в растительных продуктах (табл. 3) и делают вывод о содержа­нии нитратов в растениях и почвах в месте произрастания растений.

Вначале пробу растительного материала следует сначала отмыть, просушить фильтровальной бумагой. Для исследований необходима проба 0,25…0,5 кг. Пробу измельчают ножом или теркой на кусочки до 1 см. Затем взвеши­вают 10 г с точностью до первого десятичного знака и помещает в стакан гомогенизатора. В стакан гомогенизатора приливают также 50 см³ 1%-ного раствора алюмокалиевых квасцов и гомогенизируют в течение 1…2 мин. В гомогенизированную массу погружают электроды и определяют значение по табло прибора.

Требования к отчету

В отчете нужно представить описание хода работы, данные о калибровке нитратомера и результаты анализа, вывод о соответствии содержания NO₃^--ионов в растительной ткани допустимому уровню.

 

Таблица 3