AKUMULACJA AZOTANÓW A JAKOŚĆ PRODUKTÓW

AKUMULACJA AZOTANÓW
A JAKOŒÆ PRODUKTÓW OGRODNICZYCH
Renata Wojciechowska
Zagadnienie nadmiernej akumulacji azotanów w warzywach jest przedmiotem
intensywnych badañ ju¿ od kilku dziesiêcioleci. Temat pojawi³ siê w po³owie
ubieg³ego stulecia, kiedy coraz czêœciej stwierdzano zanieczyszczenie wód
i ¿ywnoœci azotanami. Œwiatowa Organizacja Zdrowia donios³a w jednym
z raportów, ¿e w latach 1945-1986 odnotowano ponad 2000 przypadków
pojawienia siê sinicy u niemowl¹t. Bezpoœredni¹ przyczyn¹ znanego syndromu
‘blue baby’ by³y azotyny pojawiaj¹ce siê w wyniku redukcji azotanów,
przeprowadzanej przez bakterie obecne w przewodzie pokarmowym lub
– w niesterylnej butelce do karmienia dzieci. Winne okaza³y siê azotany obecne
w wodzie, w której oznaczano ponad 25 mg NO3 na litr [1]. Syndrom ‘blue
baby’ sta³ siê pierwszym sygna³em, który zwróci³ baczniejsz¹ uwagê na azotany.
Jak siê okaza³o, przyczyn¹ tego problemu by³ wzrost zu¿ycia nawozów
azotowych, dostaj¹cych siê do wód gruntowych i cieków wodnych. W latach
80. w Polsce i na œwiecie odnotowywano najwiêksze zu¿ycie nawozów
azotowych, które z jednej strony zdecydowanie podnosi³y plon roœlin, ale z drugiej
– zawartoœæ azotanów w biomasie. Coraz czêœciej wykazywano oczywisty dziœ
fakt, ¿e wraz ze zwiêkszaniem dawek nawozów azotowych akumulacja azotanów
w roœlinach istotnie siê zwiêksza. Dalsze badania nad tym zagadnieniem dowiod³y,
¿e to w³aœnie warzywa – a nie woda – s¹ g³ównym Ÿród³em azotanów w diecie
cz³owieka [2]. W zale¿noœci od diety, 50-80% azotanów w ¿ywnoœci pochodzi
ze spo¿ywanych warzyw. St¹d ustalone zosta³y najpierw dopuszczalne dzienne
dawki spo¿ycia azotanów i azotynów. Nastêpnie na ich podstawie oraz
przeciêtnego spo¿ycia konkretnych iloœci poszczególnych warzyw ustalone zosta³y
normy maksymalnych zawartoœci azotanów, które mog¹ znajdowaæ siê
w produktach ogrodniczych. W Polsce ostatni¹ modyfikacjê w tym zakresie ujmuje
rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 stycznia 2003 r. wydane
w Dzienniku Ustaw Nr 37, poz. 326 w sprawie maksymalnych zawartoœci azotanów,
które mog¹ znajdowaæ siê w warzywach œwie¿ych i mro¿onych (tab. 1).
Jedn¹ z metod wspomagaj¹cych bezpieczn¹ dla zdrowia produkcjê artyku³ów
¿ywnoœciowych jest program HACCP (Hazard Analysis and Critical Control
Point – Analiza Zagro¿eñ i Krytyczny Punkt Kontrolny). Do zadañ tego programu
nale¿y kontrola punktów krytycznych na ka¿dym etapie ³añcucha ¿ywnoœciowego
(od pola do sto³u) na podstawie analizy zagro¿eñ. Wœród zwi¹zków chemicznych,
stanowi¹cych potencjalne zagro¿enie, czo³owe miejsce zajmuj¹ azotany. Szereg
21
dostêpnych w literaturze wyników oznaczeñ poziomu tych zwi¹zków w œwie¿ych
warzywach wskazuje, ¿e w wielu przypadkach skala przekroczeñ dopuszczalnych
norm jest ogromna [3]. Azotany same w sobie nie stanowi¹ szczególnego zagro¿enia
dla zdrowia konsumenta; groŸne s¹ natomiast azotyny, powstaj¹ce podczas czêœciowej
redukcji NO3-. Proces ten mo¿e nasilaæ siê jeszcze przed spo¿yciem warzyw, na
przyk³ad w czasie d³u¿szego transportu i sk³adowania w temperaturze wy¿szej ni¿
zalecana lub przy braku dostêpu tlenu. Podczas spo¿ywania warzyw redukcja
azotanów do azotynów przebiega w jamie ustnej i w innych odcinkach przewodu
pokarmowego. Bezpoœrednim nastêpstwem zatrucia azotynami jest utlenienie
hemoglobiny do methemoglobiny, niezdolnej do przenoszenia tlenu oraz obni¿enie
ciœnienia krwi. Azotyny mog¹ tak¿e wp³ywaæ na destrukcjê witamin z grupy A i B
oraz karotenoidów, co w znacznym stopniu obni¿a wartoœæ od¿ywcz¹ spo¿ywanych
warzyw, zawieraj¹cych du¿e iloœci azotanów [4].
Tabela 1. Maksymalne dopuszczalne zawartoœci azotanów w warzywach
(Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dn. 13 stycznia 2003 r.)
*UXSD
6DáDWD]Z\M WNLH
=ELHUDQDRG;G
VDáDWDV]NODUQLRZ
VDáDWDJUXQWRZD
=ELHUDQDRG,9
VDáDWDV]NODUQLRZ
VDáDWDJUXQWRZD
6DáDWDORGRZD
V]NODUQLRZD
JUXQWRZD
6]SLQDN SU]HWZRU]
22
W celu uzyskania wysokich plonów warzyw o odpowiedniej wartoœci
biologicznej istotne znaczenie ma okreœlenie czynników wp³ywaj¹cych na
bioakumulacjê azotanów. Udzia³ ró¿nych czynników w akumulacji NO3w roœlinach warzywnych mo¿na oszacowaæ w nastêpuj¹cy sposób: czynniki
genetyczne – 10%, okres uprawy – 15%, warunki glebowe – 20%, nawo¿enie
- 30%, warunki klimatyczne – 25%.
Wed³ug pogl¹dów wielu badaczy, zawartoœæ azotanów jest kontrolowana
genetycznie i mo¿e stanowiæ cechê charakterystyczn¹ gatunku, a nawet odmiany.
Jednak u wielu gatunków roœlin dziedzicznoœæ tej cechy jest stosunkowo niska,
a prace hodowlane w tym zakresie utrudnia modyfikuj¹cy wp³yw czynników
œrodowiskowych. Wœród roœlin warzywnych mo¿na wyodrêbniæ trzy grupy pod
wzglêdem zdolnoœci akumulowania azotanów w czêœciach u¿ytkowych:
(1) gromadz¹ce ma³e iloœci azotanów, do których nale¿y pomidor, ogórek,
papryka, groch i fasola szparagowa (szczególnie ¿ó³tostr¹kowa); (2) gromadz¹ce
œrednie iloœci azotanów – marchew, pietruszka korzeniowa i seler naciowy oraz
(3) gromadz¹ce znaczne iloœci azotanów – sa³ata, szpinak, wczesna kapusta,
rzodkiewka i burak æwik³owy [5]. Niektórzy wyszczególniaj¹ dodatkowo czwart¹
grupê warzyw, u których stwierdza siê znaczne ró¿nice w zawartoœci azotanów
wykazane u tego samego gatunku (cebula, kalafior, kapusta bia³a i w³oska, por)
[3]. W tej grupie warzyw na du¿e zró¿nicowanie zawartoœci NO3- mo¿e mieæ
wp³yw m.in. odmiana i organ stanowi¹cy czêœæ u¿ytkow¹. Przedstawiony wy¿ej
podzia³ uwzglêdnia przede wszystkim ró¿nice pomiêdzy poszczególnymi organami
roœliny (korzeñ, bulwa, liœæ, owoc, nasiona). Analizuj¹c dystrybucjê azotanów
w g³ówce kapusty stwierdzono, ¿e zawartoœæ NO3- w liœciach i unerwieniu tych
roœlin maleje stopniowo od liœci zewnêtrznych do liœci wewnêtrznych. Jednak
w warstwie otaczaj¹cej g³¹b zaznacza siê ponowny wzrost azotanów, a najwiêcej
tych zwi¹zków stwierdza siê w g³¹bie. W poni¿szym zestawieniu przedstawiono
zawartoœæ NO3- (w mg NaNO3 kg-1 œ.m.) oznaczon¹ w poszczególnych czêœciach
ró¿y broku³a i kalafiora [6]:
&] üUy
x=HZQ WU]QD
x URGNRZD
UR]JDá ]LHQLD
x3RGVWDZD
VNUyFRQ\S G
23
W przypadku kapusty pekiñskiej wykazano, ¿e najwiêcej azotanów wystêpuje
w dolnej czêœci g³ówki, obejmuj¹cej zgrubia³e nerwy liœci, mniej – w czêœci
œrodkowej, a najmniej – w górnej, w której udzia³ nerwów liœci jest najmniejszy.
Ró¿nice te, wystêpuj¹ce w obrêbie tego samego organu, wi¹¿¹ siê zarówno
z translokacj¹ azotanów, jak i nasileniem ich metabolizmu.
Zawartoœæ azotanów w roœlinach zmienia siê wraz z ich wiekiem. Du¿¹ iloœci¹
tych zwi¹zków charakteryzuj¹ siê roœliny m³ode, gdy¿ proces redukcji jonów
azotanowych nie nad¹¿a jeszcze za ich pobieraniem. Iloœæ azotanów w m³odych
liœciach mo¿e przekraczaæ nawet 1% suchej masy. Znajomoœæ zmian intensywnoœci
metabolizmu azotanów w czêœciach u¿ytkowych roœlin warzywnych w ci¹gu
ca³ego okresu wegetacji mo¿e mieæ du¿e znaczenie praktyczne, na przyk³ad przy
ustalaniu optymalnego terminu zbioru plonów [7]. Sa³ata mas³owa w fazie
dojrza³oœci zbiorczej mo¿e zawieraæ w uprawie szklarniowej o 50%, a w uprawie
polowej o 35% mniej azotanów ni¿ w stadium rozpoczêcia formowania siê
g³ówek. Podobnie sukcesywnie spada zawartoœæ NO3- w czêœciach jadalnych
pora w czasie wegetacji od wrzeœnia do listopada. W warzywach korzeniowych
istotne jest skorelowanie terminu zbioru ze stanem fizjologicznym czêœci
nadziemnej. Poziom NO3- w korzeniach po sukcesywnym spadku, towarzysz¹cym
starzeniu siê czêœci nadziemnej, mo¿e zwiêkszyæ siê ponownie, gdy wyst¹pi ciep³a
jesienna pogoda sprzyjaj¹ca tworzeniu nowych liœci. Nie obserwuje siê wówczas
obni¿enia syntezy cytokinin, tj. hormonów hamuj¹cych proces starzenia siê
dojrza³ych liœci, b¹dŸ sprzyjaj¹cych wzrostowi nowych. Korzeñ staje siê wówczas
organem intensywnie transportuj¹cym azotany do akceptora, jakim s¹ liœcie
i dlatego nawet tu¿ przed zbiorem korzeni mo¿e w nich dojœæ do znacznego
zwiêkszenia iloœci azotanów [8].
Generalnie uwa¿a siê, ¿e nadmiern¹ akumulacj¹ azotanów charakteryzuj¹ siê
gatunki roœlin o krótszym okresie wegetacji oraz odmiany wczesne w porównaniu
do odmian o d³u¿szym okresie uprawy. Na przyk³ad odmiany wczesne ziemniaka
gromadz¹ ponaddwukrotnie wiêcej azotanów ni¿ odmiany œredniowczesne
i prawie 5-krotnie wiêcej ni¿ odmiany œredniopóŸne i póŸne. Podobne ró¿nice
wykazywano u wczesnych odmian kapusty g³owiastej bia³ej i u innych gatunków
warzyw. Szybkoœæ wzrostu roœliny jest zwi¹zana z dystrybucj¹ i redukcj¹ azotanów
oraz efektywnoœci¹ ich asymilacji. Zaobserwowano, ¿e najszybsz¹ wzglêdn¹
intensywnoœci¹ wzrostu charakteryzuj¹ siê roœliny transportuj¹ce prawie wszystkie
azotany z korzeni do czêœci nadziemnej, gdzie przebiega ich intensywna redukcja.
Natomiast roœliny o d³ugim okresie wegetacji mog¹ redukowaæ wiêcej NO3w korzeniach, st¹d transport do liœci jest u nich bardziej ograniczony. Na zdolnoœæ do
nadmiernej akumulacji azotanów w liœciach roœlin o krótszym okresie wegetacji
niew¹tpliwy wp³yw maj¹ równie¿ niekorzystne warunki œwietlne, czêsto panuj¹ce
podczas uprawy odmian wczesnych oraz wysokie nawo¿enie azotowe [7].
24
Ogólnie przyjmuje siê, ¿e uprawa warzyw na glebach ciê¿kich, czarnoziemach
i glebach torfowych prowadzi do wiêkszej akumulacji azotanów w roœlinach
w porównaniu z upraw¹ na glebach lekkich, z których jony azotanowe ulegaj¹
³atwemu wymywaniu. Równie¿ uprawa na glebach bogatych w substancjê
organiczn¹ powoduje du¿e zagro¿enie zwiêkszania akumulacji azotanów w plonie
warzyw. Bardzo wa¿nym czynnikiem, od którego w znacznym stopniu zale¿y
akumulacja azotanów w roœlinach, jest odczyn gleby. Ze wzglêdu na to, ¿e
pobieranie jonów NO3- roœnie wraz ze spadkiem wartoœci pH gleby, niski odczyn
sprzyja gromadzeniu siê azotanów w roœlinach [5]. Z punktu widzenia ograniczenia
akumulacji azotanów w roœlinach warzywnych, za optymalne przyjmuje siê pH
gleby w granicach 6,5-7,5. Warto w tym miejscu podkreœliæ, ¿e wy¿sze pH
gleby ogranicza tak¿e akumulacjê w roœlinach metali ciê¿kich, które s¹ w tych
warunkach odczynu glebowego s³abo dostêpne.
Jak wspomniano na wstêpie, wraz ze zwiêkszaniem dawek nawozów
azotowych zawartoœæ azotanów w roœlinach istotnie siê zwiêksza. Fakt ten
wykazywano miêdzy innymi w uprawie sa³aty, kalafiora, rzodkiewki, buraka
æwik³owego, broku³a, fasoli szparagowej czy ziemniaka. Konieczne jest zatem
ustalanie optymalnej dawki azotu w dostosowaniu do danego gatunku i miejsca
uprawy (typ gleby, zawartoœæ azotu mineralnego w glebie, intensywnoœæ procesów
mineralizacji). Oprócz dawki nawozu azotowego, znaczny wp³yw na akumulacjê
azotanów w plonie warzyw ma forma azotu u¿yta w nawo¿eniu i sposób
nawo¿enia [5, 9]. Najwiêkszy wp³yw na zwiêkszenie zawartoœci azotanów
w tkankach roœlinnych ma nawo¿enie azotem w formie azotanowej. Jony
azotanowe s¹ intensywnie pobierane przez roœliny, nie tylko ze wzglêdu na funkcje
od¿ywcze i zapasowe, ale tak¿e ze wzglêdu na ich rolê w utrzymywaniu równowagi
anionowo-kationowej oraz korzystny wp³yw na zjawiska osmotyczne na poziomie
komórki i ca³ej roœliny. Pe³ni¹ równie¿ wa¿n¹ rolê sygnaln¹ w roœlinie [7]. Dlatego
te¿, wed³ug wielu autorów, najskuteczniejszym sposobem istotnego obni¿enia
zawartoœci azotanów w roœlinach warzywnych jest zastosowanie w nawo¿eniu
zredukowanych form azotu, takich jak forma amonowa czy mocznik. Dla
przyk³adu, w uprawie sa³aty metod¹ cienkowarstwowych kultur przep³ywowych
najlepsze efekty obni¿ania zawartoœci azotanów bez znacz¹cego zmniejszenia
wysokoœci plonu osi¹ga siê po wprowadzeniu do po¿ywki formy amonowej
azotu, przy równoczesnym utrzymywaniu odpowiedniego odczynu (pH > 6,0).
Nawo¿enie zredukowanymi formami azotu jest tak¿e bardzo skuteczne
w zmniejszaniu zawartoœci azotanów w plonie warzyw liœciowych, uprawianych
w tunelu foliowym oraz w warunkach polowych. Szczególnie dobre efekty mo¿na
w tych warunkach uzyskaæ stosuj¹c alternatywn¹ metodê w stosunku do
nawo¿enia konwencjonalnego, któr¹ jest system zlokalizowanego nawo¿enia
zredukowanymi formami azotu o nazwie CULTAN [9].
25
Istotne znaczenie w akumulacji azotanów w roœlinach ma równie¿
intensywnoœæ œwiat³a i zaopatrzenie roœlin w wodê [7]. Ma³e natê¿enie œwiat³a,
wi¹¿¹ce siê z nisk¹ intensywnoœci¹ fotosyntezy, wp³ywa na zwiêkszenie zawartoœci
azotanów w roœlinach. G³ówn¹ przyczyn¹ tej zale¿noœci jest indukuj¹cy wp³yw
œwiat³a na aktywnoœæ reduktazy azotanowej, kluczowego enzymu metabolizmu
azotanów oraz na wytwarzanie w procesie fotosyntezy asymilatów, pe³ni¹cych
funkcje akceptorów zredukowanej formy azotu. Zmniejszenie zawartoœci
azotanów w plonie warzyw mo¿na uzyskaæ stosuj¹c na przyk³ad dodatkowe
doœwietlanie roœlin w uprawach szklarniowych. Zawartoœæ azotanów w roœlinach
w okresie wegetacji jest w du¿ym stopniu modyfikowana przez stosunki wodne.
Okresy suszy w czasie uprawy roœlin wp³ywaj¹ na wzrost zawartoœci azotanów
g³ównie przez znaczne ograniczenie ich redukcji. Wzmo¿ona akumulacja azotanów
w roœlinach rosn¹cych w warunkach ujemnego bilansu wodnego jest zwi¹zana
z gwa³townym spadkiem intensywnoœci fotosyntezy, wynikaj¹cym
z ograniczonego dostêpu dwutlenku wêgla, spowodowanego zamkniêciem
aparatów szparkowych. Z tych przyczyn, podczas przed³u¿aj¹cych siê okresów
niedoborów wody bardzo skuteczne okazuj¹ siê zabiegi nawadniania warzyw.
W podsumowaniu mo¿na podkreœliæ, ¿e zawartoœæ azotanów w roœlinach
kszta³tuje wypadkowa sprawnoœci wielu z³o¿onych procesów, zwi¹zanych miêdzy
innymi z pobieraniem i redukcj¹ jonów azotanowych oraz asymilacj¹ jonów
amonowych. W uprawach ogrodniczych na procesy te w znacznym stopniu
oddzia³uj¹ zmienne warunki œrodowiska, które mog¹ modyfikowaæ spodziewane
parametry iloœciowe i jakoœciowe plonu. Znajomoœæ wp³ywu czynników
wewnêtrznych i zewnêtrznych na metabolizm azotanów w roœlinach pozwala
udoskonalaæ technologie produkcji warzyw szklarniowych i polowych w kierunku
uzyskiwania wysokich plonów o odpowiedniej wartoœci biologicznej.
Piœmiennictwo
[1] Saull M., 1990. Nitrates in soil and water. New Sci., 37: 1-4.
[2] Stopes C., Woodward L., Forde G., Vogtmann H., 1988. The nitrate content of vegetable and salad crops offered to the consumer as from „organic”
or „conventional” production systems. Biol. Agric. Hort., 5: 215-221.
[3] Lisiewska Z., Kmiecik W., 1991. Azotany i azotyny w warzywach. Cz. I.
Wp³yw ró¿nych czynników na zawartoœæ azotanów i azotynów w warzywach
œwie¿ych. Post. Nauk Rol., 3: 11-24.
[4] Smoczyñski S.S., Skibniewska K.A., 1996. Azotany i azotyny jako
higieniczny problem jakoœci ¿ywnoœci. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol., 440:
361-364.
26
[5] Ro¿ek S., 2000. Czynniki wp³ywaj¹ce na akumulacjê azotanów w plonie
warzyw. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, ser. Sesja Naukowa, 71: 19-31.
[6] Wojciechowska R., Smoleñ S., Przyby³o J., 2000. Zawartoœæ azotanów
w ró¿nych czêœciach u¿ytkowych wybranych gatunków warzyw. Zesz. Nauk.
AR w Krakowie, ser. Sesja Naukowa, 71: 205-208.
[7] Wojciechowska R., 2004. Wybrane aspekty metabolizmu azotanów
w warzywach ze szczególnym uwzglêdnieniem sa³aty mas³owej ‘Sprinter F1’.
Zesz. Nauk. AR w Krakowie, ser. Rozprawy, 297.
[8] Ro¿ek S., Wojciechowska R., Sady W., 2000. Wp³yw stanu fizjologicznego
liœci na zawartoœæ azotanów w korzeniach marchwi. Zesz. Nauk. AR
w Krakowie, ser. Sesja Naukowa, 71: 163-166.
[9] Sady W., Ro¿ek S., 1997. Nawo¿enie azotem metod¹ zlokalizowan¹
(materia³y wdro¿eniowe). Wyd.: Ma³opolskie Stowarzyszenie Doradztwa
Rolniczego, Kraków.
dr hab. Renata Wojciechowska
Katedra Fizjologii Roœlin
Wydzia³ Ogrodniczy AR w Krakowie
Al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków
e-mail: [email protected]
27