В основных овощных и кормовых культурах в виде нитратов накапливается значительное количество азота, которое достигает 38—43 кг/га N—NO -, а в некоторых случаях 47 кг/га. При учете количества нитратов, содержащегося в побочной продукции, общий вынос N—NO - такими культурами, как редис, столовая и кормовая свекла, увеличивается в 1,2—1.5 раза. Размеры потерь азота с внутрипочвенным стоком в различных почвенно-экологических зонах могут достигать 60 кг/га. Следовательно, в продукции овощных и кормовых культур может накапливаться почти эквивалентное количество нитратного азота, теряемого из почвы в результате вымывания. Поскольку рассматриваемые типы почв характеризуются промывным или периодически промывным водным режимом, то накопленный в урожае растений азот нитратов мог бы быть потерян из системы “почва—растение”.
Значение аккумуляции нитратного азота в предотвращении возможного вымывания нитратов из почвы особенно возрастает при применении азотных удобрении. Если на неудобренном фоне в основной продукции культур накапливается в среднем 0,4—1,4 кг/га N—NO -, количество которого может варьировать от 0,05 до 17,7 кг/га, то внесение азотных удобрений увеличивает степень аккумуляции N—NO - в урожае в 2—10 раз. Размеры аккумуляции нитратов достигают наибольшей величины при применении высоких доз азотных удобрении, использование которых не обеспечивает пропорционального роста урожая культур. При возникновении подобной стимуляции аккумуляция азота нитратов растениями является своего рода природным механизмом устранения избыточной концентрации нитратов в корнеобитаемом слое почвы.
В зависимости от вида культуры, хозяйственного предназначения урожая, системы ведения хозяйства, характера используемой агротехники и других факторов определенная часть поглощенного азота поступает обратно в почву с корневыми выделениями, в ходе вымывания минеральных форм из вегетативных органов, с корневыми и пожнивными остатками, побочной продукцией при ее запашке в почву. Вследствие этого азотсодержащие соединения, аккумулированные растениями, могут быть источником нитратов в почве в послевегетационный период. В более широком плане возврат в почву усвоенного растениями азота происходит за счет внесения навоза и экскрементов животных, однако в этом случае возможно перераспределение азота в пределах территории хозяйства или региона.
Конкретная система применения азотных удобрений должна соответствовать почвенно-экологическим условиям, специализации севооборота, чередованию культур, биологическим их особенностям.
12. Нитраты в растениях
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.
Зоны с разным содержанием нитратов и в корнеплодах моркови. Их высокое содержание обнаружено в верхушке и кончике корнеплода. В сердцевине корнеплода уровень нитрата выше, чем в коре. Уровень нитратов в сердцевине уменьшается от кончика корнеплода к верхушке Круглоплодные сорта редиса (тип Рубин) содержат нитратов значительно меньше, чем сорта типа Красный великан. В середине корнеплода их содержание значительно меньше.
Представители семейства тыквенных (кабачки, огурцы, патиссоны, арбузы, дыни, тыква) широко представлены в ассортименте продуктов питания человека. Содержание нитратов в огурцах и кабачках уменьшается от плодоножки к верхушке плода, их больше в кожице, чем в семенной камере и мякоти. Поэтому перед употреблением в пищу необходимо отрезать часть плода, примыкающую к хвостику. То же самое необходимо еде дать и с плодами патиссона, поскольку больше всего нитратов находится в этой зоне плода. Больше нитратов сосредоточено по периферии плодов, чем в их середине.
Влияние факторов на содержание нитратов
Среди представителей высших растений выделяется группа семейств, аккумулирующих значительные количества нитратов. К ним относятся семейства амарантовых, маревых, зонтичных, сложноцветных, капустных, пасленовых. Среди семейств, охватывающих овощные культуры, наибольшей способностью к накоплению нитратов отличаются капустные, тыквенные, сельдерейные, пасленовые. Наибольшее количество нитратов накапливают редька белая, свекла столовая, салат, шпинат, редис, такие же культуры, как томаты, перец сладкий, баклажаны, чеснок, горошек, отличаются низким содержанием нитратов.
Одной из причин видовой специфики накопления NO - является несоответствие размеров поглощения нитратов из почвы и их ассимиляции растениями.
По соотношению органического и минерального азота, поступающего с пасокой (ксилемным соком) из корней, растения условно можно разделить на три группы; нитратредуктаза локализована в корнях, обладает высокой активностью, поэтому восстановление нитратов и образование органических и азотсодержащих веществ происходит в корнях, откуда в надземную часть растения поступает в основном азот в органической форме; нитратредуктаза в корнях обладает низкой активностью, поэтому с ксилемным соком транспортируется в надземную часть в основном минеральный азот — нитраты, их восстановление идет в листьях, где локализован фермент с высокой активностью; нитратредуктаза в корнях и листьях обладает одинаковой активностью, поэтому в составе пасоки обнаруживаются и нитраты, и органические соединения азота.
Накопления нитратов различными культурами носит наследственно закрепленный характер, т. е. они обладают сортовой спецификой, которая выявлена у ряда видов овощных и бахчевых культур. Таким образом, сортовые различия по накоплению нитратов могут быть обусловлены разной реакцией на условия окружающей среды и режим минерального питания, а также генетически закрепленным уровнем нитратредуктазы, разной продолжительностью периода вегетации сортов.
Одна из причин сортовых н видовых различий в накоплений нитратов — физиологическая спелость растения к моменту уборки. Количество нитратов особенно велико в тех случаях, когда период товарной зрелости наступает раньше физиологического созревания. С возрастом содержание нитратов в растении снижается из-за уменьшения запасов минеральною азота в почве, а также в связи с увеличением запасов ассимилятов, вовлекающих нитраты в метаболизм. Снизить количество нитратов можно путем подбора оптимальных условий уборки урожая с учетом почвенно-экологических факторов.
Причиной накопления нитратов в растениях служат не только биологические особенности возделываемых культур, но и условия минерального питания, отличающиеся большим разнообразием. Здесь огромная роль принадлежит правильному выбору доз азотных удобрении, а это возможно только с учетом исходных запасов минерального азота или азотминерализующей способности почвы, позволяющей учесть мобилизованный в ходе вегетации растений азот почвы.