Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Использование азотных удобрений в России Изучение почвы и питания растений 8
1. Открытие и ввоз удобрений в Россию 10
Азот как необходимый элемент питания растений 11
1. Роль азотных удобрений и их необходимость для растений 11
2. Виды азотных удобрений 17
Негативное действие азотсодержащих удобрений на растения и окружающую среду 21
Народнохозяйственное значение растениеводства 24
Влияние нитратов на рост и развитие растений 27
1. Факторы, способствующие накоплению нитратов в растениях 27
2. Пути поступления нитратов в организм человека 36
3. Влияние нитратов на организм человека 40
Пути снижения нитратов в овощной продукции 55
Пути выведения нитратов из организма 63
Глава 2. Район работ, материалы и методы исследования 64
Физико-географическое положение, климат и почвы ЕАО 64
1. Физико-географическое положение ЕАО 64
2. Характеристика основных видов почв территории ЕАО 65
3. Эколого-климатические условия ЕАО 66
4. Экономика с/х ЕАО 70 Характеристика культур, выращиваемых в ЕАО 75
Методы исследования 84
Глава 3. Результаты и обсуждения 89
Содержания нитратов в продукции, выращиваемой на территории города и области 89
Внутригодовая изменчивость содержания нитратов в отечественной продукции растениеводства 98
Межгодовая изменчивость содержания нитратов в отечественной продукции растениеводства 104
Содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции импортного производства 109
Сравнительный анализ отечественной и импортной продукции 114
Расчет суммарной суточной нитратной нагрузки на жителей г. 116
Биробиджана
Практические рекомендации по снижению нитратной нагрузки на население автономии 121
Выводы 124
Литература 125
Приложение 150
- Виды азотных удобрений
- Физико-географическое положение ЕАО
- Межгодовая изменчивость содержания нитратов в отечественной продукции растениеводства
Введение к работе
Актуальность исследования Качество среды жизни и состояние здоровья человека, его трудоспособность и продолжительность жизни определяется в первую очередь качеством атмосферного воздуха, питьевой воды и потребляемой пищи.
В последнее десятилетие в Еврейской автономной области (ЕАО), как и во всей стране, возросла заболеваемость экологически обусловленными болезнями. По данным санитарной службы (ЦГСЭН), в автономии, начиная с 1996 по 2003 гг. заболеваемость болезнями органов пищеварения среди детского населения, наиболее уязвимого к неблагоприятным воздействиям, увеличилась на 30 %, органов дыхания - на 30 %, системы кровообращения -на 70 %. У взрослого населения, более устойчивого к негативным факторам среды заболеваемость болезнями органов пищеварения возросла на 10 %; системы кровообращения - на 15 %; органов дыхания - не изменилась. Эти показатели обусловлены загрязнением окружающей среды тяжелыми металлами, пестицидами, нитратами и другими поллютантами.
Об отравлении нитратами и нитритами не так давно писали и говорили очень много (Андрющенко, 1983; Соколов, 1990; Воронина, 1992; Дерягина, 1993; Ажипа, Реутов, 1999 и др.). Поступая в. организм человека и животных, нитраты восстанавливаются до нитритов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови, окисляя в нем двухвалентное железо в трехвалентное, в результате чего образуется метгемоглобин, вызывающий тканевую гипоксию (Ильинский, 1990; Жукова, 1997; Гоженко, Славина, 2001; Куценко, 2004).
Согласно Государственному докладу «О санитарно-эпидемиологической обстановке в ЕАО в 2003 г.», хозяйства области выпускают растениеводческую продукцию, в 25-70 % которой содержание нитратов значительно выше концентраций, рекомендуемых гигиенистами и диетологами. В то же время в питании населения г. Биробиджана и области в целом, как и многих других регионов страны, существенно возросла доля картофеля и овощей, что определяется не только снижением доходов семей,
4 но и возрастанием производства растительных продуктов. Так, в ЕАО с 1993 г. при снижении в рационе мясомолочной продукции потребление продуктов растениеводства к 2003 г. возросло до 65 % (Социально-экономические ..., 2003). Более того, в сельском хозяйстве области растениеводство занимает ведущее положение.
В настоящее время в ЕАО продовольственные ресурсы по основным видам продукции формируются на 47-87 % за счет собственного производства, остальное приходится на импорт из КНР и ввоз из соседних областей РФ (Социально-экономические ..., 2003). В связи с этим контроль за содержанием нитратов в растениеводческой продукции, потребляемой в пищу, и влиянием их на здоровье человека является актуальным и имеет практическое значение.
Цель исследования - определить содержание нитратов в растительных продуктах питания, потребляемых в городе Биробиджане, и оценить уровень нитратной нагрузки на его жителей.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Определить уровни содержания нитратов в растительных продуктах питания местного производства, выращиваемых в пригородной зоне Биробиджана и в области.
Выявить изменения уровней содержания нитратов в растениеводческой продукции, потребляемой жителями города в разные сезоны и годы;
Оценить содержание нитратов в продуктах растениеводства китайского производства, реализуемых на рынках и в магазинах города, и сравнить качество отечественной и импортной продукции;
Определить уровень нитратной нагрузки на жителей г. Биробиджана.
Методологической основой диссертационного исследования явились работы: Авдонина Н.С., Ажипа Я.И., Анохиной Г.В, Велик В.Ф., Габович
5 Р.Д., Ганзей С.С., Дисколенко А.П., Макарец Л.И., Макарец М.Н., Опополь Н.И., Рамады Ф., Соколова О.А.
Основные методы исследования. Количественное определение нитратов проводилось параллельно двумя методами — ионометрическим по ГОСТ 29270-95 - в лаборатории городской станции химизации сельского хозяйства «Биробиджанская» и экспресс методом с помощью нитрат-тестетра «Морион ОК 2и», расхождения между которыми не превышали 5 — 7 %. Данные обрабатывались с применением компьютерной программы EXCEL.
Первичными материалами послужили архивные данные станции химизации сельского хозяйства «Биробиджанская», данные статистических сборников Областного бюро статистики ЕАО, справочные материалы и научные публикации.
Автор выражает благодарность сотрудникам ИКАРП ДВО РАН и БГПИ: к.б.н. Е.А. Григорьевой, к.б.н. Т.А. Рубцовой, к.х.н. P.M. Коган, к.х.н. Ю.В. Полякову; сотруднице ТИНРО - центра к.б.н. с.н:с. Л.Т. Ковековдовой; профессору кафедры общей экологии ДВГУ д.б.н. Л.С. Бузолевой; сотрудникам областной ЦГСЭН Е.С. Мироненко, О.В. Суриц.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю Н.К. Христофоровой, д.б.н., профессору, заслуженному деятелю науки за постановку задачи, критические замечания, ценные советы и предложения, неоценимую поддержку на всех этапах работы.
Научная новизна работы заключается в:
Впервые для ЕАО сделан детальный анализ растениеводческой продукции на содержание нитратов, используемой в питании жителей Биробиджана. Установлено, что овощи местного производства, потребляемые жителями в летний период, содержат наименьшие количества нитратов (30-40% ПДК) и их можно отнести к категории «продуктов, пригодных для питания без ограничений». Выявлены сорта овощных культур с наименьшим и наибольшим содержанием нитратов в растениеводческой
продукции, потребляемой жителями города. Рассчитана суммарная суточная нагрузка нитратами, поступающими с водой и пищей, для жителей города в зимний и летний периоды.
Практическая значимость и реализация выводов и рекомендаций:
Полученные результаты позволяют рекомендовать населению набор видов и сортов овощных культур, адаптированных к природным условиям ЕАО с низким накоплением нитратов. Рассчитанная суммарная нитратная нагрузка может быть использована санитарно-эпидемиологической службой области для разработки суточного потребления нитратов детским и взрослым населением в зависимости от сезона года и сортов овощных культур, выращиваемых на данной территории.
Полученные данные могут быть стартовыми для дальнейшего мониторинга содержания нитратов в растительной продукции, потребляемой жителями города и контроля нитратной нагрузки. Материалы диссертации включены в курс лекций по прикладной экологии, а также в лабораторные работы на Большом практикуме.
Защищаемые положения
Во всей овощеводческой. продукции, потребляемой жителями г. Биробиджана, содержание нитратов не превышает принятых в России ПДК. Овощи летнего периода соответствуют «продуктам, пригодным для питания без ограничений».
Овощи, потребляемые осенью и зимой, выращиваемые в теплицах и сразу же реализуемые, а также импортируемые из КНР, содержат в 2-3 раза больше нитратов, что снижает их категорию до «продуктов, условно пригодных для питания», хотя содержание нитратов в них не выходит за пределы ПДК, а рассчитанное суточное потребление нитратов не превышает принятых в РФ стандартов.
Апробация работы Результаты исследований были представлены на следующих международных симпозиумах: «Человеческое измерение в региональном развитии» (Биробиджан, 2000); «Современные проблемы
7 геохимической экологии болезней» (Чебоксары, 2001); «Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке» (Биробиджан, 2002); на научно-практических конференциях: «Процессуальный и содержательный аспекты образования» (Биробиджан, 2000); «Коррекционно - развивающее обучение. Проблемы. Опыт. Пути решения» (Биробиджан, 2001); «Биосфера и человек - проблемы взаимодействия» (Пенза, 2001); «Интеграция науки и образования с целью развития творческого потенциала специалистов» (Биробиджан, 2001); «Интеграция науки и образования — ресурс развития региона» (Биробиджан, 2002); «Дальний Восток и Еврейская автономная область: история, современность и перспективы развития» (Биробиджан, ИКАРП ДВО РАН, 2004), а также на семинарах Биробиджанского государственного педагогического института и Дальневосточного государственного университета. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (293 источника, в том числе 55 иностранных) и приложения. Диссертация изложена на 173 стр., иллюстрирована 11 рисунками и 33 таблицами.
Виды азотных удобрений
Производство азотных удобрений базируется на синтезе аммиака из молекулярного азота и водорода. Азот получают из воздуха, а водород из природного газа, нефтяных и коксовых газов. Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений); они хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются, что ограничивает их применение особенно в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки при хранении. По выпуску и использованию в сельском хозяйстве главнейшие удобрение из этой группы -аммиачная селитра составляющие около 60% всех азотных удобрений (Смирнов, Петербургский, 1982).
Органические удобрения - это перегной, торф, навоз, птичий помет (гуано), различные компосты, органические отходы городского хозяйства (сточные воды, осадки сточных вод, городской мусор), сапропель, зеленое удобрение. Они содержат важнейшие элементы питания, в основном в органической форме, и большое количество микроэлементов. Действие органических удобрений на урожай культур сказывается в течение 3-4 лет и более.
Навоз - это основное органическое удобрение во всех регионах страны. Он представляет собой смесь твердых и жидких выделений сельскохозяйственных животных с подстилкой и без нее. В навозе содержатся все питательные вещества, необходимые растениям, поэтому его называют полным удобрением. Качество навоза зависит от вида животных, состава кормов, количества и качества подстилки, способа накопления и условий хранения.
В зависимости от способов содержания скота различают навоз подстилочный (твердый), получаемый при содержании скота на подстилке, и бесподстилочный (полужидкий, жидкий).
Подстилочный навоз содержит около 25% сухого вещества и около 75% воды. В среднем в таком навозе находится 0,5% азота; 0,25% фосфора; 0,6% калия и 0,35% кальция. В его состав входят также необходимые для растений микроэлементы, в частности 30-50 г марганца, 3-5 г бора, 3-4 г меди, 15-25 г цинка, 0,3-0,5 г молибдена на 1т (Добровольский, 1999). Кроме питательных веществ, навоз содержит большое количество микроорганизмов (в 1 т 10-15 кг живых микробных клеток). При внесении навоза почвенная микрофлора обогащается полезными группами бактерий. Органическое вещество служит энергетическим материалом для почвенных микроорганизмов, поэтому после внесения навоза в почве происходит активизация азотфиксирующих и других микробиологических процессов.
Навоз оказывает многостороннее действие, как на почву, так и на растение. Он повышает концентрацию углекислого газа в почвенном и надпочвенном воздухе, снижает кислотность почвы, повышает насыщенность ее основаниями. При систематическом его внесении увеличивается содержание гумуса и общего азота в почве, улучшается ее структура, лучше поглощается и удерживается влага.
Бесподстилочный (жидкий) навоз накапливается в большом количестве на крупных животноводческих фермах и комплексах при бесподстилочном содержании скота и применении гидравлической системы уборки экскрементов. Такой навоз представляет собой подвижную смесь кала, мочи, остатков корма, воды и газообразных веществ, образующихся в период хранения. По содержанию влаги его разделяют на полужидкий (до 90%), жидкий (90-93%).
Количество и качество бесподстилочного навоза зависит от вида и возраста животных, типа кормления, способа содержания скота и технологии накопления навоза.
Большая часть питательных веществ в этом удобрении находится в легкодоступной для растений форме (до 70% азота в аммиачной форме), что обусловливает более сильное его действие по сравнению с подстилочным навозом в год внесения и слабое в последующие годы. Фосфор и калий из подстилочного навоза усваиваются растениями так же, как и из минеральных удобрений (Добровольский, 1999).
Птичий помет - это быстродействующее органическое удобрение. Питательные вещества, находящиеся в нем хорошо усваиваются растениями. Куриный помет содержит 0,7-1,9% азота; 1,5-2% фосфора, 0,8-1% калия и 2,4% кальция. Птичий помет используют в качестве подкормки зерновых и технических культур, растворяют его в 8-10 частях воды и вносят в почву культиваторами (Добровольский, 1999).
Физико-географическое положение ЕАО
. Физико-географическое положение ЕАО В экономике области сельскохозяйственное производство занимает особое место. Область располагает значительными земельными ресурсами. Более половины объема производства сельскохозяйственной продукции приходится на растениеводство. Сельскохозяйственные предприятия выращивают зерно, сою, овощи, в больших объемах выращивается картофель. Данное исследование проводилось в 2001-2004 гг. в г. Биробиджане Еврейской автономной области. Область, конституционный субъект Российской Федерации, расположена в северо-восточной части
Евразийского континента, в южной части российского Дальнего Востока между 47-49 с. ш. и 130-13 5 в. д. На западе она граничит с Амурской областью, на севере и востоке - с Верхне-Буреинским и Хабаровским районами Хабаровского края, на юге граница области совпадает с государственной границей России с Китаем. Наибольшее протяжение с запада на восток - 330 км, с севера на юг - 200 км, а наименьшее (в восточной части области) - 20 км. Г. Биробиджан является центром ЕАО, с численностью населения 76 тыс. человек. Расположен в долине р. Бира по обоим ее берегам, на границе западной гористой части территории области и низкой восточной, заболоченной (Данилов, 1957; Еврейская ..., 1959; Еврейская ..., 1999).
Вся территория ЕАО делится на равнинную и горную. В горных и равнинных районах ЕАО наблюдается значительное различие в продолжительности вегетационного и безморозного периодов. В горном районе вегетационный период длится 145-160 дней, безморозный - 82-128.
На равнинах вегетационный период продолжается 170-174 дня, безморозный - 140-146. Значительное увеличение высоты местности на западе, по сравнению с" равнинами на востоке области, отражается на перераспределении среднего годового количества осадков. В течение года на равнине выпадает 450-500 мм осадков, в горных районах - 600-650 мм. Изменение температуры в горных районах выражается в появлении более поздних заморозков весной и в наступлении более ранних заморозков осенью, что приводит к сокращению безморозного периода (Морозов, Белая, 1997).
Основными типами почв ЕАО являются буро-лесные и буро-подзолистые почвы. С востока до середины области большую территорию занимают болотные торфяные и торфяно-глеевые почвы, хотя на востоке ЕАО по краям бассейна рек Амура и Тунгуски находятся аллювиальные и маршевые почвы.
Ближе к Амуру, в сторону поселков Ленинское и Амурзет расположены бурые лесные, в том числе оподзоленные и элювиально-глеевые почвы.
Примерно с середины ЕАО к западу (район хр. Щуки-Поктой и хр. Гальцы заканчиваясь хр. Малый Хинган в одну сторону и Помпеевским хребтом - в другую до р. Амур) простираются почвы горных территорий. Одсоло 80% - это горные лесные бурые почвы и около 10% в районе Сутарского хребта до п. Теплоозерск - горные буро-таежные и кислые неоподзоленные почвы (Почвенные карты ЕАО, 2004).
Бурые лесные почвы отличаются высоким содержанием гумуса - 7,8%, в некоторых разрезах оно достигает 15%, а также высоким содержанием фосфора (до 0,5%).
Содержание подвижных соединений калия варьирует очень сильно в зависимости от минералогического состава. В основном почвы обеспечены калием. Урожайность сельскохозяйственных культур после 2-3 лет освоения бурых лесных почв падает в результате исчерпания запаса доступных растениям элементов питания, в первую очередь фосфатов и нитратов. Поэтому эти почвы через 2-3 года нуждаются в минеральных и органических удобрениях.
Поскольку в области широко развито сельское хозяйство, одним из основных продуктов питания населения города и области являются овощи. Структура посевных площадей показана в табл. 16.
Под картофелем и овоще-бахчевыми культурами наибольшие площади сосредоточены в Октябрьском, Смидовичском, Биробиджанском районах, г. Биробиджане (Комитет госстатистики ЕАО, 2003).
Межгодовая изменчивость содержания нитратов в отечественной продукции растениеводства
Разные районы территории имеют свои климатические особенности, которые проявляются во все сезоны года. Наблюдается большая изменчивость режима погоды и отдельных элементов климата также от года к году.
В связи с этим необходимо было посмотреть, на изменчивость содержания нитратов в потребляемых овощах в разные годы (2001-2003).
2001 г. характеризовался неустойчивым термическим режимом, неравномерным распределением тепла. Средняя температура воздуха за год составила 1,1-2,6, что на 0,6-1,0 выше нормы. Сумма выпавших осадков достигала 70-82% среднего многолетнего количества.
Весна была преимущественно теплой, с осадками около нормы - 69-88%. Весенний период наступил в обычные сроки, местами на 2-3 дня раньше. Средняя температура воздуха за весенний период составила 6,8-8,1.
Лето наступило в обычные сроки 1-2 июня и было сухим и прохладным в своей первой половине. Из 9 летних декад 4 декады по температурному режиму были ниже нормы. В течение 30-45 дней среднесуточные температуры воздуха были ниже нормы. Продолжительность летнего периода оказалась близкой к норме и равнялась 98 дням. Средняя температура летнего периода была 18,9-20,2, что близко к климатической норме. Влагообеспеченность периода была недостаточной. Сумма выпавших осадков достигала 77-91% средней многолетней суммы.
Осень характеризовалась резкими колебаниями температуры воздуха, ранними заморозками и сухой погодой. Наступила в обычные сроки - 7-8 сентября и была преимущественно теплой. Средняя температура воздуха осеннего периода составила 8,2-8,9 , это в пределах нормы. Дождей было мало: наблюдались в течение 6-9 дней. Сумма выпавших осадков за период составила 21 -42% нормы.
В 2002 г. весна была теплой. Наступила в сроки с 28 по 31 марта, раньше обычного на 6-9 дней. Средняя температура весеннего периода составила 8,3-10,1, что на 2,0-2,5 выше средних многолетних значений. Поэтому лето также наступило необычно рано: 14-15 мая, что на 14-21 день раньше обычных сроков. Однако летний сезон характеризовался преимущественно холодной погодой и дождливым периодом во второй своей половине. Температурный фон 6 декад из 9 был ниже многолетних средних значений. Средняя температура воздуха за лето составила 18,3-18,7, что на 0,6-0,7 ниже нормы. За летний период осадков выпало 88-131% нормы, наибольшее их количество пришлось на июль. Осень наступила в обычные сроки - 7-10 сентября. Характеризовалась очень неустойчивым температурным режимом и неравномерным выпадением осадков во времени. Средняя температура воздуха составила 9,0-8,4, что близко к норме. Сумма выпавших осадков за сезон составила 90-148 мм или 70-95% нормы. Сентябрь был сухим, октябрь - дождливым.
Агрометеоусловия весеннего периода 2003 г. в основном были благоприятными для проведения полевых с/х работ. Весна наступила раньше обычных сроков на 14-17 дней, 21-22 марта, была теплая, сухая. Средняя температура воздуха за апрель-май составила 7,5-10,4С, что на 1,8-2,6 выше климатической нормы. Сумма выпавших осадков за весну составила 81-107 мм, что на 27-47% выше нормы. Дней с осадками за весну было 8-10. Ранний сход снежного покрова, высокий температурный режим в марте и первой декаде апреля способствовал интенсивному оттаиванию верхнего слоя почвы. Уже в третьей декаде марта по югу области почва достигла мягкопластичного состояния, что позволило в конце марта приступить к предпосевной обработке почвы. Раньше обычных сроков на 9-13 дней в этом году начался вегетационный период (переход среднесуточной температуры воздуха через +5С произошел 13 апреля). Однако во второй и третьей декаде мая на поверхности почвы отмечались заморозки интенсивностью от 0 до -4С. В периоды кратковременных похолоданий температурный фон был ниже нормы на 1-2. Низкие температуры воздуха, сильные ветры, понижение температуры воздуха, заморозки на почве отрицательно повлияли на рассаду овощных культур, вызвали их частичную гибель.
Лето в 2003 г. наступило раньше обычных сроков на 15 дней. Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 15С осуществился 16-22 мая. Температурный режим и количество выпавших осадков были близки к климатической норме. Средняя температура воздуха за летний период составила 17,6-19,5С. В августе наблюдалось длительное похолодание (24 дня). В этот период среднесуточный фон температур был ниже нормы на 3-4о.
Распределение осадков во времени и по территории в летний период было неравномерным. Меньше всего осадков выпало в июне - 23-59% нормы. В июле выпало 40-50% среднего многолетнего количества осадков. Осадки августа превысили норму на 40-80%, в некоторых районах (Облученский район) на 90%. Всего за лето выпало 292-378 мм, что соответствовало 80-100% нормы. Продолжительность летнего периода составила 112-119 дней, что на 16-20 дней превосходило климатический оптимум. Агрометеоусловия лета 2003 г. для произрастания и созревания с/х культур в целом были удовлетворительными, но пониженный температурный режим и количество дождливых и пасмурных дней с преобладанием облачной погоды в период созревания овощей сказались на формировании урожая теплолюбивых культур и способствовали накоплению нитратов в растениях.
Похожие диссертации на Содержание нитратов в растительных продуктах питания и нитратная нагрузка на организм человека в г. Биробиджане
