ΝΙΤΡΙΚΑ ΣΤΑ ΚΗΠΕΥΤΙΚΑ Χ. Πάσσαμ Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών 2002
ΟΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ
Η διαθεσιμότητα του αζώτου Το άζωτο είναι από τα πιο διαδομένα στοιχεία στη φύση αφού υπάρχει στην ατμόσφαιρα σε ποσοστό περίπου 78%. Τα μεγαλύτερα ποσά του αζώτου είναι δεσμευμένα στο στερεό φλοιό της γης και στα ιζήματα, αλλά από αυτά ελάχιστα ποσά ελευθερώνονται και είναι διαθέσιμα στα φυτά, αφού προηγουμένως μετατραπούν σε αφομοιώσιμο άζωτο.
Αφομοίωση αζώτου Αφομοίωση του ατμοσφαιρικού αζώτου από μικροοργανισμούς του εδάφους ελεύθερης διαβίωσης και από οργανισμούς που ζουν πάνω στα φύλλα μερικών τροπικών φυτών. Αφομοίωση του ατμοσφαιρικού αζώτου από μικροοργανισμούς που ζουν συμβιωτικά στις ρίζες φυτών. Αφομοίωση του ατμοσφαιρικού αζώτου υπό μορφή οξειδίων που σχηματίστηκαν κατά την εκκένωση ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών φορτίων. Απορρόφηση ΝΗ 4+, ΝΟ 3- ή CN 2-2 παραγόμενων από συνθετικά αζωτούχα λιπάσματα. Εμπλουτισμός του εδάφους από φυτικά και ζωικά υπολείμματα σε διάφορα στάδια αποσύνθεσης.
Είδος αφομοίωσης Αφομοιωμένο N 2 (x 10 6 t. έτος -1 ) Μη-βιολογικό Βιομηχανικό ~50 Καύση ~20 Εκκένωση ατμοσ/κών ηλεκτρικών φορτίων ~10 Σύνολο ~ 80 Βιολογικό Αγροτικές εκτάσεις ~90 Δάση και μη-αγροτικές περιοχές ~50 Θάλασσα ~35 Σύνολο ~175 Από D.F. Bezdicek και A.C. Kennedy στο βιβλίο Microorganisms in Action (eds. J.M. Lynch και J.E. Hobbie), Blackwell Scientific Publications, 1998.
Μηχανισμός της βιολογικής δέσμευσης του αζώτου σε βακτήρια Η βιολογική δέσμευση του αζώτου περιλαμβάνει την παραγωγή δυο μορίων αμμωνίας από ένα μόριο αζώτου με την ταυτόχρονη κατανάλωση 16 μορίων ATP, ηλεκτρονίων και πρωτονίων (ιόντα υδρογόνου): N 2 + 8H + + 8e - + 16 ATP = 2NH 3 + H 2 + 16ADP + 16 P i Αυτή η χημική αντίδραση πραγματοποιείται αποκλειστικά από προκαρυότες (βακτήρια και συγγενείς οργανισμούς) χρησιμοποιώντας ένα ένζυμο που ονομάζεται νιτρογενάση (nitrogenase) και που αποτελείται από δυο πρωτεΐνες, η μία από τις οποίες περιέχει σίδηρο και η άλλη μολυβδαίνιο και σίδηρο
Η αντίδραση πραγματοποιείται σε δυο στάδια: (1) Η Fe-πρωτεΐνη ανάγεται με ηλεκτρόνια από τη φερεδοξίνη (ferredoxin). (2) Στη συνέχεια η πρωτεΐνη αυτή δεσμεύει το ATP και ανάγει την Μο/ Fe-πρωτεΐνη η οποία περνάει τα ηλεκτρόνια στο N 2, παράγοντας έτσι HN=NH. Σε δυο ακόμη κύκλους της διαδικασίας (ο καθένας απαιτώντας ηλεκτρόνια από τη φερεδοξίνη) HN=NH ανάγεται σε H 2 N-NH 2 και στη συνέχεια σε 2NH 3. Ανάλογα με το είδος του μικροοργανισμού η φερεδοξίνη δημιουργείται από τη φωτοσύνθεση, την αναπνοή ή τη ζύμωση. Οι πρωτεΐνες έχουν απομονωθεί από διάφορα βακτήρια και η όλη διαδικασία μπορεί να γίνει in vitro στο εργαστήριο.
Η αφομοίωση αζώτου στα βακτήρια διαμέσου της δραστηριότητας της νιτρογενάσης γίνεται απουσία Ο 2. Στα ψυχανθή τα βακτήρια που αφομοιώνουν το άζωτο βρίσκονται στα φυμάτια.
Φυμάτια στις ρίζες του δένδρου Alnus
Αφομοίωση αζώτου στα φυτά Όπως στα βακτήρια η αφομοίωση γίνεται σε δυο στάδια: α) αναγωγή του ΝΟ 3- σε ΝΟ 2 υπό την επίδραση της νιτρικής ρεδουκτάσης στο κυτόπλασμα. β) αναγωγή του ΝΟ 2 - σε ΝΗ 3 υπό την επίδραση της νιτρώδους ρεδουκτάσης στους χλωροπλάστες. Τα δύο ένζυμα λειτουργούν διαδοχικά το ένα μετά το άλλο και έτσι αποφεύγεται η συσσώρευση νιτρωδών αλάτων. Στη συνέχεια ηνη 3 (η οποία είναι τοξική) δεσμεύεται με αναγωγική αμίνωση για να σχηματίσει τελικά αμινοξέα ή αμίδια. ΝΟ 3- ΝΟ - 2 ΝΗ 3 αμινοξέα
Στην αναγωγή που καταλύεται από τη νιτρώδη ρεδουκτάση, δότης ηλεκτρονίων είναι η ανηγμένη φερεδοξίνη (η οποία είναι το πρώτο σταθερό οξειδοαναγωγικό συστατικό της φωτοσυνθετικής αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων). Η φερεδοξίνη αναγεννάται παρουσία φωτός στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η ηλιακή ενέργεια παίζει σημαντικό ρόλο στην αφομοίωση των ΝΟ - 3. Αν μεταφερθούν φυτά από το φως στο σκοτάδι, μειώνεται η δραστηριότητα της νιτρικής ρεδουκτάσης με αποτέλεσμα τη συγκέντρωση νιτρικών αλάτων στα κύτταρα των φύλλων.
Ο φυσιολογικός ρόλος των νιτρικών στα φυτά (1) Τα νιτρικά μεταφέρονται από τις ρίζες στο βλαστό διαμέσου του ιστού ξύλου (xylem). Στο κύτταρο τα νιτρικά συγκεντρώνονται στο κυτταρόπλασμα (μεταβολική θέση) στο χυμοτόπιο (αποθησαυριστική θέση). Η συγκέντρωση των νιτρικών είναι μικρότερη στην μεταβολική θέση σε σχέση με την αποθησαυριστική θέση.
Ο φυσιολογικός ρόλος των νιτρικών στα φυτά (2) Η συγκέντρωση νιτρικών στα χυμοτόπια μειώνεται με την αύξηση της έντασης του φωτός και υπάρχει μια αντίστροφη σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων τωννιτρικώνκαιτωνσυγκεντρώσεωντων οργανικών οξέων και των σακχάρων. Τα νιτρικά χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των αμινοξέων και πρωτεϊνών. Οι υδρογονάνθρακες οι οποίοι παράγονται μέσω της φωτοσύνθεσης, χρησιμοποιούνται στη δημιουργία δομικών συστατικών των κυττάρων.
Ο φυσιολογικός ρόλος των νιτρικών στα φυτά (3) Το φως επηρεάζει τη συγκέντρωση των νιτρικών διαμέσου της παραγωγής των υδρογονανθράκων και της δραστηριότητας της νιτρικής ρεδουκτάσης. Σε χαμηλής έντασης φωτισμό η παραγωγή των οργανικών ενώσεων είναι μικρή και λίγα οργανικά στοιχεία είναι διαθέσιμα για αποθήκευση στα χυμοτόπια. Η αποθήκευση των νιτρικών στα χυμοτόπια, απαιτεί λιγότερη ενέργεια από αυτήν που απαιτείται για την παραγωγή και συγκέντρωση των οργανικών στοιχείων, έτσι η συγκέντρωση των νιτρικών αυξάνεται.
Επίδραση των νιτρικών στην ανθρώπινη υγεία Τα νιτρικά είναι φυσικό συστατικό των φρούτων και των λαχανικών. Επίσης τα νιτρικά βρίσκονται στο πόσιμο νερό και προστίθενται ως συντηρητικό, σε μορφή ΝΟ 2-, σε μερικά προϊόντα κρέατος και ψαριού. Όμως η είσοδος μεγάλων ποσοτήτων νιτρικών στον ανθρώπινο οργανισμό, μέσω της διατροφής, έθεσε την ανθρώπινη υγεία σε κίνδυνο.
Πιθανή επίδραση των νιτρικών στην ανθρώπινη υγεία Υπάρχουν ενδείξεις ότι υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών στο πόσιμο νερό και τρόφιμα σχετίζονται με τα εξής προβλήματα υγείας: Αυξημένη συχνότητα λυμφώματος και καρκίνου Αποβολή βρέφους Αύξηση της συχνότητας μεταλλάξεων στα ανθρώπινα λεμφοκύτταρα Mεθαιμοσφαιριναιμία : blue baby syndrome
Λύμφωμα και καρκίνος Τα νιτρικά και νιτρώδη άλατα έχουν κατηγορηθεί ότι προκαλούν καρκίνο στο στομάχι, έντερο και άλλα όργανα χωρίς όμως να γνωρίζουμε το μηχανισμό της δράσης τους, αν αυτός βέβαια υφίσταται. Οι ενδείξεις προέρχονται από: Επιδημιολογικές μελέτες τα αποτελέσματα των οποίων δεν είναι πάντοτε καταφατικά. Για παράδειγμα η συχνότητα του καρκίνου (π.χ. του εγκεφάλου ή του εντέρου) είναι υψηλότερη σε περιοχές με υψηλά επίπεδα νιτρικών. Ο σχηματισμός καρκινογενών νιτροαμινών στο στομάχι από την αναγωγή νιτρικών σε νιτρώδη και στη συνέχεια σε νιτροσαμίνες.
Ενδεικτικά αποτελέσματα Η αποβολή εμβρύων από 3 γυναίκες στη Β.Α. Ινδιάνα μεταξύ 1991-93 ίσως σχετίζεται με την κατανάλωση νερού με υψηλή συγκέντρωση νιτρικών. Στην Ολλανδία το 1996 μια ομάδα ανθρώπων με υψηλή συγκέντρωση ΝΟ 3 στο πόσιμο νερό τους παρουσίασαν υψηλές συγκεντρώσεις ΝΟ 3 και ΝΟ 2 στα σάλια και ούρα καθώς και Ν- νιτροσαμινών στα ούρα.
Άλλα αποτελέσματα Σε μελέτη >20.000 γυναικών στην Iowa βρέθηκε ότι η συχνότητα του καρκίνου της ουραδόχου κύστης ήταν 2,83 μεγαλύτερη σε άτομα που κατανάλωσαν νερό με υψηλή συγκέντρωση ΝΟ 3 (>2,46 mg ΝΟ 3 l -1 ) σε σύγκριση με άτομα που κατανάλωσαν νερό με χαμηλή (0,36 mg ΝΟ 3 l -1 ) συγκέντρωση. Ησυχνότητα του λυμφώματος Νon-Ηodgkin ήταν μεγαλύτερη σε άτομα με μεγάλη κατανάλωση νιτρικών. Βρέθηκε ότι άτομα που κατανάλωσαν νερό με ΝΟ 3 (>10 mg l -1 ) για ένα χρόνο είχαν 50% μεγαλύτερο ρίσκο σε σχέση με τους μάρτυρες (<10 mg ΝΟ 3 l -1 ).
Mεθαιμοσφαιριναιμία : blue baby syndrome Περαστατικά μεθαιμοσφαιριναιμίας σε βρέφη σε περιοχές της Iowa που η συγκέντρωση νιτρικών στο πόσιμο νερό ήταν υψηλή ανακοινώθηκαν από τις αρχές του 1940.
Τα αίτια της μεθαιμοσφαιριναιμίας Mεθαιμοσφαιριναιμία προκαλείται όταν η αιμοσφαιρίνη αδυνατεί να δεσμεύσει και να μεταφέρει Ο 2 λόγω της δέσμευσης του Fe του μορίου από άλλο στοιχείο. Μεθαιμοσφαιρίνη αποτελεί φυσιολογικό συστατικό του αίματος όπου η συγκέντρωσή της ελέγχεται από ένα ένζυμο το οποίο την μετατρέπει σε αιμοσφαιρίνη. Η παρουσία των ΝΟ 3 και ΝΟ 2 στο αίμα προκαλεί αύξηση της συγκέντρωσης της μεθαιμοσφαιρίνης με αποτέλεσμα την δημιουργία της μεθαιμοσφαιριναιμίας που χαρακτηρίζεται από κυάνωση της επιδερμίδας και των νυχιών.
Ενδείξεις και συμπτώματα Mεθαιμοσφαιριναιμίας Συγκέντρωση Μεθ (%) Ενδείξεις και Συμπτώματα < 1.7 Φυσιολογικό 10-20 Ελαφρύ κυάνωση 30-40 Πονοκέφαλος, κούραση, ταχυκαρδία, αδυναμία, ζάλη >35 Δύσπνοια, λήθαργος 50-60 Όξυνση, αρρυθμία, κώμα, σπασμοί, βραδυκαρδία, υποξία, ανακοπή >70 Θάνατος
Ηφυσιολογική πορεία οξείδωσης και αναγωγής της αιμοσφαιρίνης Οξείδωση παρουσία οξυγόνου ---------------------> Hb(Fe ++ ) 4 Hb(Fe ++ ) 3 (Fe +++ ) Hb(Fe ++ ) 2 (Fe +++ ) 2 Hb(Fe ++ ) (Fe +++ ) 3 Hb(Fe +++ ) 4 <------------------- ΑναγωγήπουκαταλείταιαπότοένζυμοΝΑDΗδιαφοράσης παρουσία NADH
Ηδομή της αιμοσφαιρίνης
Στον άνθρωπο η μεθαιμοσφαιριναιμία προκύπτει βασικά από δυο αιτίες: (1) Κληρονομικά (άτυπη αιμοσφαιρίνη ή έλλειψη της ΝΑDH-διαφοράσης (2) Αποκτάται (όπως στο σύνδρομο των Blue baby) λόγω δέσμευσης του Fe της αιμοσφαιρίνης από στοιχεία όπως το ΝΟ 3 ΝΟ 2
Πηγές νιτρικών στην ανθρώπινη Νερό Λαχανικά και φρούτα διατροφή Φάρμακα όπως sulfonamides, dapsone, bismuth subnitrite, lidocaine Αλλαντικά με NaNO 2 ως συντηρητικό (κυρίως από κρέατα) Χυμοί και παρασκευάσματα από λαχανικά και φρούτα Τοπικά αναισθητικά (Benzocaine, Lidocaine, Hurricaine) κ.α.
Το πεπτικό σύστημα των μωρών <6 μηνών είναι υποαναπτυγμένο και δεν παράγει αρκετό γαστρικό οξύ να ελέγχει το πληθυσμό των βακτηρίων. Τα βακτήρια ανάγουν το ΝΟ 3 σε ΝΟ 2 το οποίο δεσμεύει την αιμοσφαιρίνη προκαλώντας έτσι την εμφάνιση της κυάνωσης γύρω από το στόμα, στα χέρια και στα πόδια. Αν η κατάσταση δεν διορθωθεί το μωρό μπορεί στη συνέχεια να παρουσιάζει δυσκολίες στην αναπνοή. Άλλα συμπτώματα είναι ο εμετός και η διάρροια.
Μεθαιμοσφαιριναιμία εξαιτίας της κατανάλωσης λαχανικών Περιστατικά μεθαιμοσφαιριναιμίας σε νήπια κατά το χρονικό διάστημα 1993-1998 στην Bizkaia της Ισπανίας, αποδόθηκαν σε κατανάλωση λαχανικών. Ομ.ο. ηλικίας των ασθενών ήταν ~8 μηνών. Τα άτομα αυτά τρεφόταν με πουρέ λαχανικών (κυρίως σπανακιού), το οποίο ήταν προπαρασκευασμένο και διατηρημένο για κάποιες ώρες στο ψυγείο. Το επίπεδο της μεθαιμοσφαιρίνης, στα βρέφη κυμαίνονταν από 10-58% και παρουσίασαν κυάνωση. Στην περιοχή αυτή το σπανάκι είχε την υψηλότερη συγκέντρωση νιτρικών από όλα τα λαχανικά (3.200 ppm), ενώ τα νιτρικά στο πόσιμο νερό ήταν 3-6 ppm.
Επίδραση των νιτρικών πάνω στα ζώα Τα νιτρικά επίσης φέρονται να βλάπτουν και την υγεία των κατοικίδιων ζώων. Τα ζώα φέρονται να κινδυνεύουν από την πόση νερού που περιέχει υψηλή συγκέντρωση νιτρικών καθώς και αν τραφούν με φυτά τα οποία περιέχουν υψηλή συγκέντρωση νιτρικών. Ιδιαίτερα ευαίσθητα είναι τα μηρυκαστικά και κυρίως οι αγελάδες και τα πρόβατα.
Πηγές μόλυνσης των αγροτικών ζώων
Ρύπανση του εδάφους, του επιφανειακού και του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα από νιτρικά Το NO - 3 δεν συγκρατείται από τα κολλοειδή της αργίλου. Αν δεν προσλαμβάνεται από τα φυτά, εκπλύνεται προς τα βαθύτερα στρώματα του εδάφους και επιβαρύνει τον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα και στη συνέχεια τους ποταμούς και λίμνες. Η ποσότητα των νιτρικών που εκπλύνεται εξαρτάται από τη μάζα του νερού που διέρχεται από το έδαφος και τη συγκέντρωση των NO 3- στο εδαφικό διάλυμα. Μεγάλες απώλειες NO - 3 συμβαίνουν στα αμμώδη εδάφη, σε περιοχές και εποχές στις οποίες οι βροχοπτώσεις είναι υψηλές ή γίνεται άρδευση με υπερβολικές ποσότητες νερού και όπου προστίθενται μεγάλες ποσότητες αζωτούχων λιπασμάτων.
Η παρουσία των νιτρικών στα νερά στράγγισης είναι ανεπιθύμητη διότι: Καταδεικνύει οικονομική ζημία για το γεωργό. Ρυπαίνει τα πόσιμα νερά με μεγάλους κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία. Προκαλεί ευτροφισμό των λιμνών, των ποταμών και των θαλασσών.
Ποιότητα πόσιμου νερού Από τον παγκόσμιο οργανισμό υγείας θεωρείται ακατάλληλο το πόσιμο νερό στο οποίο η συγκέντρωση των νιτρικών είναι μεγαλύτερη από 50 mg/l. Για πόσιμο νερό στις Η.Π.Α. το ανώτερο όριο για άζωτο είναι 10 mg/l (δηλαδή 45 mg/l ΝΟ 3 ). Στην Αγγλία η συγκέντρωση των νιτρικών στο πόσιμο νερό των αστικών κέντρων είναι 10-20 mg/l.
Δειγματοληψία νερού για νιτρικά κ
Το μέγεθος του προβλήματος Ο Οργανισμός για την Ανάπτυξη και Συνεργασία στην Ευρώπη (ΟΑΣΑ) αναφέρει ότι το 1990 οι χώρες που αντιμετώπιζαν τα σπουδαιότερα προβλήματα με τη συγκέντρωση των νιτρικών στα επιφανειακά ύδατα ήταν η Ολλανδία, το Βέλγιο, η Γαλλία, η Ιταλία και η Σουηδία. Σε μελέτη που έγινε στη Βόρεια Ελλάδα, για το χρονικό διάστημα 1997-1998 και αφορούσε τους κυριότερους ποταμούς αυτής της περιοχής, διαπιστώθηκε ότι εδώ το πρόβλημα δεν είναι τόσο σοβαρό όσο στις βορειότερες χώρες της Ε.Ε.
Οκυριότεροςπαράγονταςεπιβάρυνσηςτου περιβάλλοντος με νιτρικά, είναι η γεωργική πρακτική με το πλήθος των αζωτούχων λιπασμάτων που χρησιμοποιεί. Για να ληφθούν μέτρα προς την κατεύθυνση λύσης του προβλήματος, που όλο και γιγαντώνεται, είναι απαραίτητο να υπάρχει πολιτική βούληση και σωστός προγραμματισμός και ενημέρωση των εμπλεκομένων μερών.
100 Παγκόσμια παραγωγή νιτρικών λιπασμάτων Τόννοι x 1.000.000 50 0 1959/60 1979/80 1989/90 1999/00 Έτος
Προσθήκη νιτρικών από τη γεωργία Σε περιοχές με εντατικές μορφές γεωργίας, η συγκέντρωση των νιτρικών στο έδαφος είναι αυξημένη 5-10 φορέςαπόγειτονικέςδασικές περιοχές. Στις Η.Π.Α. το ποσοστό του αζώτου που προστίθεται με το πρόγραμμα λίπανσης και που χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια ποικίλει από 20-40% στα λαχανικά και από 40-70% στις καλλιέργειες φυτών μεγάλης καλλιέργειας. Σε μελέτες στην Ε.Ε., σχεδόν το 1/3 της ποσότητας του αζώτου που χορηγείται ως χημικό λίπασμα, δε χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια.
Προσθήκη νιτρικών από τη γεωργία Το άζωτο που δεν χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια ακολουθεί τις εξής πορείες: Μετακινείται προς τα επιφανειακά νερά, μέσω της διάβρωσης του εδάφους. Προσωρινά ή μόνιμα ενσωματώνεται στην οργανική ουσία του εδάφους. Διηθείται μέσω του εδάφους προς τα κατώτερα στρώματα με τη μορφή νιτρικών. Μετατρέπεται σε αέρια μορφή και εξατμίζεται προς την ατμόσφαιρα. Το ποια οδό θα ακολουθήσει εξαρτάται από τις κλιματικές συνθήκες, το εδάφους, την άρδευση κ.α.
Μόλυνση υδάτων από γεωργικά λιπάσματα
Αστικά υδάτινα απόβλητα
Δειγματοληψία ψαριών για νιτρικά
Το πρόβλημα της μόλυνσης των νερών από τα νιτρικά έχει και άμεσο υψηλό κόστος στις εταιρείες ίδρυσης και εμφιάλωσης νερού, διότι το κόστος που πληρώνουν για να απομακρύνουν τα νιτρικά από το νερό είναι αρκετά υψηλό. Στην Ολλανδία το κόστος αυτό υπολογίζεται σε $ 35-70 εκατομμύρια το χρόνο και στην Μεγάλη Βρετανία για τα έτη 1992-1997 το κόστος ανήλθε σε 18,8 εκατομμύρια το χρόνο.
Mε την οδηγία 91/676, της Ε.Ε. του 1991, άρχισε η προστασία του πόσιμου νερού από τις γεωργικές πρακτικές και θέσπισαν ευαίσθητες ζώνες οπού η συγκέντρωση των νιτρικών στο νερό ήταν >50 mg/l. Στις ζώνες αυτές υιοθετήθηκε ειδικό σχέδιο δράσης για τη μείωση της ρύπανσης από λιπάσματα. Από το 1998 λειτουργεί το σύστημα MINAS στην Ολλανδία (MINerals Accounting System) το οποίο παρακολουθεί τις ποσότητες Ν και Ρ, που χρησιμοποιούνται στη γεωργία. Στόχος του προγράμματος είναι: το έτος 2015 οι περιοχές με συγκέντρωση νιτρικών στα υπόγεια ύδατά τους >50 mg/l, να μειωθούν στο 21%, από το 40% που ήταν το 1985, ενώ το έτος 2037 το ποσοστό θα μειωθεί στο 12.
Στην Ε.Ε. προωθείται η θέσπιση των κανόνων της ορθής γεωργικής πρακτικής. Αυτό πρακτικά για τα αζωτούχα λιπάσματα σημαίνει ότι: Το αζωτούχο νιτρικό λίπασμα δεν εφαρμόζεται στην αρχή της βροχερής περιόδου (φθινόπωρο). Χρησιμοποιείται ακριβώς η δόση που απαιτείται από την καλλιέργεια. Το αζωτούχο νιτρικό λίπασμα εφαρμόζεται μόνο όταν οι ανάγκες της καλλιέργειας το απαιτούν. Σε αμμώδη εδάφη το αζωτούχο νιτρικό λίπασμα εφαρμόζεται σε πολλές και μικρές δόσεις. Η καλλιέργεια διατηρείται σε καλή κατάσταση ώστε τα φυτά να προσλαμβάνουν το νιτρικό άζωτο σε ικανοποιητικό βαθμό.
Τα νιτρικά στα λαχανοκομικά είδη-1 Επειδή ο κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία από τα νιτρικά είναι αρκετά σημαντικός η Ε.Ε. το 1995 θέσπισε ανώτατο επιτρεπτό όριο ημερήσιας κατανάλωσης νιτρικών ίσο με 3,65 mg/κg σωματικού βάρους του λήπτη, το οποίο αντιστοιχεί σε 255,5 mg ΝΟ - 3-Ντην ημέρα για ένα άτομο του οποίου το βάρος είναι 70 Κg.
Τα νιτρικά στα λαχανοκομικά είδη-2 Για τους ενήλικες ανθρώπους τα λαχανοκομικά είδη είναι η κύρια πηγή λήψης νιτρικών. Στην Ολλανδία η μέση ημερήσια λήψη νιτρικών υπολογίζεται στα 143 mg, από τα οποία τα 120 mg, (84%), προέρχονται από την κατανάλωση λαχανικών. Οι κύριες πηγές νιτρικών είναι τα φυλλώδη λαχανικά (μαρούλι, σπανάκι, αντίδια) καθώς και όσων το υπόγειο τμήμα τους είναι εδώδιμο (ραπανάκι, παντζάρι).
Τα όρια ασφαλείας Από το 1997 τα ανώτατα επιτρεπτά όρια συγκέντρωσης νιτρικών στο μαρούλι υπό κάλυψη είναι: Από την 1 η Οκτωβρίου ως την 31 η Μαρτίου 4.500 mg/κg νωπού προϊόντος. Από την 1 η Απριλίου ως και την 30 η Σεπτεμβρίου 3.500 mg/κg. Για το μαρούλι που καλλιεργείται υπαίθρια και συγκομίζεται από 1 η Μαΐου ως και 31 η Αυγούστου το όριο είναι 2500 mg/kg νωπού προϊόντος. Για το σπανάκι το όριο για όλο το έτος είναι 2500 mg/kg νωπού προϊόντος (1 η Απριλίου-31 η Οκτωβρίου) και 3000 mg/kg (1 η Νοεμβρίου 31 η Μαρτίου).
Λαχανικά πλούσια σε νιτρικά Μαρούλι (Cos)
Λαχανικά πλούσια σε νιτρικά Μαρούλι (Crisphead)
Λαχανικά πλούσια σε νιτρικά - Σπανάκι
Λαχανικά με λιγότερα νιτρικά - Λάχανο
Λαχανικά με λιγότερα νιτρικά Πράσο
Ανάλυση δειγμάτων μαρουλιού και σπανακιού για νιτρικά (πηγή MAFF Αγγλίας 1999) Είδος Εποχή NO 3 (mg kg -1 ) % άνω των ορίων της Ε.Ε. Μαρούλι Καλοκαίρι 1729 (76-4197) 7 Χειμώνας 2228 (445-4543) 4 Εισαγωγής (Κ+Χ) 1004 (505-2161) 0 Σπανάκι Καλοκαίρι 2029 (356-3750) 33 Εισαγωγής (Κ+Χ) 2024 (571-3845) 22
Ανάλυση διαφόρων λαχανικών για νιτρικά (πηγή MAFF Αγγλίας 1996) Είδος NO 3 (mg kg -1 ) Είδος NO 3 (mg kg -1 ) Παντζάρι 388-2317 Ρεπάνι 583-4172 Μπρόκολο 155-611 Σέσκουλο 139-2211 Καρότο 142-528 Λευκό λάχανο 165-351 Κουνουπίδι 23-48 Πράσινο Λάχανο 43-583 Σέλινο 108-3671 Νεροκάρδαμο 620-2428 Μαϊντανός 1365-3255 Πράσο <3-464
H συγκέντρωση νιτρικών (mg kg -1 ) σε φύλλα σπανακιού ανάλογα με την εποχή της συγκομιδής (MAFF 1996) 3000 2500 2000 Νέα φύλλα Ωριμα φύλλα 1500 1000 500 0 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12
H συγκέντρωση νιτρικών (mg kg -1 ) σε τρεις τύπους μαρουλιού ανάλογα με την εποχή της συγκομιδής (MAFF 1996) 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 Crisphead Looseleaf Cos
H συγκέντρωση νιτρικών (mg kg -1 ) στην πατάτα ανάλογα με την εποχή της συγκομιδής (MAFF 1996) 300 250 200 150 100 NO3 (mg/kg) 50 0 1/1 1/3 1/5 1/7 1/9 1/11
Ηπροβλεπόμενη κατανάλωση νιτρικών στην Αγγλία (Πηγη: MAFF 1994) Είδος Περιεκτ/τα ΝΟ 3 (mg kg -1 ) Μ. κατανάλ/η (mg d -1 ) Μέγ/η κατ/ωση (mg d -1 ) Ψωμί 10-13 1,5 3,5 Κρέας 0,5-8,1 0,5 1,5 Προϊόντα κρεάτων 49 3,3 9,7 Πουλερικά 88-91 3,4 11,9 Ψάρι 3,4-8,6 0,3 0,9 Πράσινα λαχανικά 444 23 62 Πατάτες 136 18 43,2 Άλλα λαχανικά 182 14 40 Νωπά φρούτα 25-26 2,2 7,3 Γάλα 1,6-8,8 2,1 5,4
Η ημερήσια κατανάλωση ΝΟ 3 και ΝΟ 2 στην Αγγλία (Πηγή: MAFF 1994) ΝΟ 3 ΝΟ 2 Από 1994 δειγματοληψία Μέση Μέγιστη Μέση Μέγιστη 73 137 1,7 2,9 Από νερό* 20 20 0,1 0,1 Από μπύρα* 11 11 - - Συνολική κατά/ση (mg d -1 ) 104 168 1,8 3 Επιτρεπτό όριο 219 mg d -1 3,6 mg d -1 *Κατανάλωση νερού: 1 l d -1 με 20 mg NO 3 l -1, μπύρας 0,7 l d -1 με 16mg NO 3 l -1
Τα νιτρικά στα λαχανοκομικά είδη στην Ελλάδα Γενικά η συγκέντρωση των νιτρικών σε λαχανοκομικά είδη που καλλιεργούνται στην Ελλάδα βρίσκεται σε ικανοποιητικό επίπεδο. Σε μετρήσεις που έγιναν καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου και αφορούσαν φυτά στη Βόρεια Ελλάδα οι συγκεντρώσεις νιτρικών δεν ξεπερνούσαν τα 1105 mg/kg νωπού δείγματος, ενώ οι υψηλότερες συγκεντρώσεις των νιτρικών στο μαρούλι ήταν της τάξης των 513 mg/kg, (Siomos and Dogras, 1999). Οι συγκεντρώσεις στα δύο αυτά είδη είναι πολύ μικρότερες των ορίων που έχει θεσπίσει η Ε.Ε.
Συγκέντρωση νιτρικών (mg/kg νωπού βάρους) σε λαχανικά της κεντρικής λαχαναγοράς Θεσσαλονίκης Λαχανικά Μέσος όρος Εύρος των τιμών Ρίζα παντζαριού 693 443-981 Φύλλα παντζαριού 660 546-781 Άνηθος 589 244-1105 Γογγύλι 484 137-856 Μαϊντανός 476 202-937 Ραπανάκι 415 100-663 Μαρούλι Romaine 245 151-351 Μαρούλι Leaf 222 101-513 Λάχανο άσπρο 208 132-276 Σπανάκι 194 59-503
Συγκέντρωση νιτρικών (mg/kg νωπού βάρους) σε λαχανικά της κεντρικής λαχαναγοράς Θεσσαλονίκης Λαχανικά Μέσος όρος Εύρος των τιμών Αντίδι 193 142-272 Σέλινο 184 95-290 Κολοκύθι 175 36-281 Πράσο 129 65-186 Φασόλι 88 31-159 Αγγούρι 79 79 Τομάτα 62 36-90 Μελιτζάνα 51 7-103 Κρεμμύδι ξερό 48 19-83 Πατάτα 32 11-59
Όμως σε άλλες μετρήσεις διαπιστώθηκε ότι η συγκέντρωση νιτρικών στο μαρούλι ήταν μικρότερη από το ανώτατο επιτρεπτό όριο για τη συγκεκριμένη περίοδο δειγματοληψίας, ενώ στο σπανάκι στα περισσότερα δείγματα η συγκέντρωση ήταν μεγαλύτερη από το επιτρεπτό όριο (Πασπάτης κ.α.1999), Εύρος (mg NO 3 kg -1 ) Άνω του ορίου της Ε.Ε. (%) Μαρούλι 1997 450-8500 8 1998 1050-3850 0 1999 700-4450 4 Σπανάκι 1997 2500-8500 80 1998 1000-7000 74 1999 1600-3900 80
Παράγοντες που επηρεάζουν τη συσσώρευση νιτρικών στο μαρούλι Η συσσώρευση νιτρικών συμβαίνει όταν ο ρυθμός απορρόφησής τους από τα φυτά είναι μεγαλύτερος από το ρυθμό αφομοίωσής τους. Η συσσώρευση εξαρτάται από: 1. τη θερμοκρασία 2. τη φωτοπερίοδο 3. την ένταση του φωτός 4. το γενετικό υπόβαθρο του φυτού. 5.την παροχή νερού 6. τη λίπανση (ποσότητα και σύσταση της αζωτούχου λίπανσης, χρήση βιορυθμιστών κ.α.)
Φωτισμός Με αύξηση της έντασης του φωτισμού η συγκέντρωση των νιτρικών στο μαρούλι μειώνεται ενώ τα σάκχαρα και τα οργανικά οξέα αυξάνονται. Σε πείραμα που έγινε με κεφαλωτό μαρούλι σε συνθήκες θερμοκηπίου η προσθήκη τεχνητού φωτισμού αύξησε την ανάπτυξη των μαρουλιών και η συγκομιδή έγινε πιο πρώιμα. Η συγκέντρωση των νιτρικών ήταν σημαντικά μειωμένη εξαιτίας του φωτός (McCall and Willumsen, 1998-1999). Η εφαρμογή του τεχνητού φωτισμού σε καλλιέργεια μαρουλιού (και σπανακιού) απέδειξε ότι αυξάνει τη βιομάζα και τη δραστηριότητα του ενζύμου της νιτρικής ρεδουκτάσης, ενώ μειώνει τη συσσώρευση νιτρικών στα φύλλα (Chadjaa et al., 1999).
Αλληλεπίδραση γονότυπου και περιβάλλοντος Υπάρχουν δύο μορφές αλληλεπίδρασης γονότυπου και περιβάλλοντος που σχετίζονται με: την ημερήσια διακύμανση της συγκέντρωσης των νιτρικών την εποχιακή διακύμανση.
Χρόνος συγκομιδής Σε υδροπονική καλλιέργεια που συγκομίστηκε τα μέσα Μαρτίου, με χαμηλή ένταση φωτισμού και χαμηλές θερμοκρασίες, παρατηρήθηκε μείωση 12,4% της συγκέντρωσης των νιτρικών στην απογευματινή συγκομιδή (15:00 μ.μ.) σε μια από τις τέσσερις εξεταζόμενες ποικιλίες (Emperor) (Siomos, 2.000). Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι σε χαμηλή ένταση φωτισμού δεν υπάρχει σημαντική αλλαγή της συγκέντρωσης νιτρικών στη διάρκεια της ημέρας. Σύμφωνα με τους Zmrhal and Trckova (1985) η υψηλότερη συγκέντρωση των νιτρικών παρουσιάζεται στις 7:30 το πρωί, τις μεσημεριανές ώρες μειώνεται απότομα και αυξάνεται πάλι το απόγευμα.
Αποθήκευση Κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης, τα νιτρικά μπορούν να μετατραπούν σε νιτρώδη ως αποτέλεσμα της ενζυματικής δραστηριότητας της νιτρικής ρεδουκτάσης. Έχουν βρεθεί μεγάλες ποσότητες νιτρωδών σε αποθηκευμένα πράσινα λαχανικά, ιδιαίτερα στο μαρούλι, στο σπανάκι και το σέλινο ως αποτέλεσμα της ενζυματικής μείωσης των νιτρικών. Προτείνεται η συγκομιδή μεταξύ 10:00 έως 12:00 το μεσημέρι, για το μαρούλι και το σπανάκι. Για το σπανάκι προτείνεται η αποθήκευση για ελάχιστο χρόνο ή σε χαμηλές θερμοκρασίες. Στο μαρούλι δεν παρατηρήθηκε αλλαγή στη συγκέντρωση νιτρικών για αποθήκευση 24 ωρών, ενώ στο σπανάκι αυξήθηκε κατά 54%, όταν αποθηκεύτηκε σε θερμοκρασία δωματίου (22 0 C) και κατά 27% σε θερμοκρασία 8 0 C (Zmrhal and Trckova, 1985).
Μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη μείωσητωννιτρικώνσταλαχανικά Υπάρχουν τρόποι να μειωθεί η συγκέντρωση νιτρικών στα λαχανικά όπως: με παρεμποδιστές νιτροποίησης, με χρήση ποικιλιών που συσσωρεύουν χαμηλές ποσότητες νιτρικών, με αύξηση της διάρκειας και της έντασης του φωτός με εφαρμογή τεχνητού φωτισμού, με συγκομιδή τον κατάλληλο χρόνο, με καλλιέργεια την κατάλληλη εποχή και με υδροπονική καλλιέργεια. με ρυθμιστές ανάπτυξης, σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες που προκαλούν μείωση της συγκέντρωσης των νιτρικών.
Παρεμπόδιση της νιτροποίησης Η νιτροποίηση μπορεί να μειωθεί ή να παρεμποδιστεί, με παρεμποδιστές νιτροποίησης, δηλ. της μετατροπής των ΝΗ 4 + σε ΝΟ 3-. Οι παρεμποδιστές της ουρεάσης βουτυλο-θειοφωσφωρικό τριαμίδιο [Ν-(n-butyl)-thiophosphoric triamide, (ΝΒΡΤ)] και της νιτροποίησης δικυαμίδιο [dicyandiamide, (DCD)], μπορούν να αυξήσουν τη δραστικότητα της ουρίας και να παρεμποδίζουν τη συσσώρευση των νιτρικών στα φύλλα (Montemurro et al. 1998). Το DCD παρεμπόδισε σημαντικά τη νιτροποίηση για περισσότερο από δύο μήνες και διατήρησε το επίπεδο του αμμωνίου στο έδαφος υψηλότερο από αυτό της ουρίας προκαλώντας 24% μείωση στη συγκέντρωση των νιτρικών στα φυτά. Η μεταχείριση των ουρία και ΝΒΡΤ δεν είχε επίδραση στη συγκέντρωση νιτρικών στο μαρούλι αλλά μείωσε σημαντικά την εξάτμιση της αμμωνίας από το έδαφος.
Τύπος κεφαλής ποικιλία H συσσώρευση νιτρικών στο μαρούλι εξαρτάται από τον τύπο και την ποικιλία. Αυτή η επίδραση του γονότυπου διαφέρει ανάλογα με την εποχή και τις συνθήκες καλλιέργειας.
Χρήση τεχνητού φωτισμού Εφόσον ο φωτισμός ελέγχει τη συσσώρευση των νιτρικών, η χρήσητουτεχνητούφωτισμούμπορείνα εφαρμοστεί κατά τις τελευταίες μέρες ή ώρες πριν την συγκομιδή και ιδιαίτερα κατά το χειμώνα όταν η ένταση και διάρκεια του φυσικού φωτισμού είναι χαμηλή. Η δραστηριότητα της νιτρικής ρεδουκτάσης αυξάνεται με την αύξηση του επιπέδου του φωτός μειώνοντας έτσι τη συγκέντρωση των νιτρικών. Σε πείραμα των Σιώμος κ.α. (1999), διαπιστώθηκε ότι τα εξωτερικά φύλλα περιείχαν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις νιτρικών, τα μεσαία ενδιάμεσες και τα εσωτερικά τις χαμηλότερες συγκεντρώσεις.
Χορήγηση αζώτου Όσο αυξάνεται η χορηγούμενη ποσότητα Ν στο έδαφος ή στο υπόστρωμα, στο οποίο αναπτύσσεται η καλλιέργεια, τόσο αυξάνεται και η συσσώρευση των νιτρικών στους φυτικούς ιστούς. Επομένως κρίνεται σκόπιμο η χορήγηση του αζώτου να γίνεται με βάση την απαίτηση της καλλιέργειας σε μονάδες Ν. Η καλλιέργεια μαρουλιού απαιτεί 8-10 Kg/στρέμμα Ν.
Υδροπονικές καλλιέργειες-1 Σε υδροπονικές καλλιέργειες το επίπεδο ΝΟ 3- -Νστα λαχανικά συμπεριλαμβανομένου και του μαρουλιού, μπορεί να μειωθεί εάν επαρκής ποσότητα ΝΗ + 4 βρίσκεται στο θρεπτικό διάλυμα. Όμως τα υψηλά επίπεδα αμμωνίου μπορούν να προκαλέσουν φυτοτοξικότητα και μείωση της παραγωγής, όταν στο υπόστρωμα τα νιτρικά και τα κατιόντα, κυρίως του Κ, είναι χαμηλά. Προσπάθειες ελέγχου των συγκεντρώσεων ΝΗ 4+ και της αναλογίας ΝΟ 3- :ΝΗ 4 + στο διάλυμα του υποστρώματος μπορούν να επιτευχθούν με σωστή διαχείριση της αζωτούχου λίπανσης.
Υδροπονικές καλλιέργειες-2 Σε πολλές πειραματικές καλλιέργειες διαπιστώνεται ότι η συγκέντρωση των νιτρικών σε υδροπονία είναι αρκετά υψηλότερη από τη συγκέντρωση αντίστοιχης καλλιέργειας στον αγρό. Οι Urrestarazu et al. (1998) μελέτησαν τη συμπεριφορά τριών ποικιλιών μαρουλιού σε NFT, αντικαθιστώντας την τελευταία εβδομάδα πριν την συγκομιδή από το θρεπτικό διάλυμα το Ν (ΝΟ - 3 ) με το χλώριο (Cl - ). Τα αποτελέσματα ήταν θετικά και για τις τρεις ποικιλίες που δοκιμάστηκαν.
Υδροπονικές καλλιέργειες-3 Ο Kannan (1991) σε υδροπονική ΝFT καλλιέργεια μαρουλιού μελέτησε τη μείωση της συσσώρευσης νιτρικών, όταν το θρεπτικό διάλυμα της καλλιέργειας, λίγες μέρες (3-14 μέρες) πριν την συγκομιδή, αντικαταστάθηκε είτε με νερό βρύσης, είτε με διάλυμα χαμηλότερης ηλεκτρικής αγωγιμότητας είτε με διάλυμα ελεύθερο νιτρικών, χωρίς σημαντική μείωση της παραγωγής. Η μικρότερη συγκέντρωση νιτρικών παρατηρήθηκε στην περίπτωση του νερού βρύσης, ανκαιοιδύοάλλες περιπτώσεις παρουσίασαν σημαντική μείωση, σε σχέση με το εμπορικό διάλυμα που χρησιμοποιείται για καλλιέργεια ΝFT.
Χρόνος συγκομιδής-1 Η συγκομιδή στο μαρούλι δεν συνιστάται τις πρωινές ώρες και γενικά ώρες που παρατηρείται συννεφιά. Η υψηλότερη συγκέντρωση νιτρικών παρατηρείται νωρίς το πρωί (7:30). Κατά την διάρκεια των πρωινών ωρών η συγκέντρωση μειώνεται απότομα, τις μεσημεριανές ώρες μειώνεται πιο ομαλά και κατά το απόγευμα αρχίζει να αυξάνεται και πάλι. Η διακύμανση της συγκέντρωσης των νιτρικών ακολουθεί την αντιστρόφως ανάλογη πορεία της παρουσίας του φωτός (ηλίου) κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Χρόνος συγκομιδής-2 Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το χρόνο καλλιέργειας του φυτού. Στις cv. Domino και Daguan η συγκέντρωση των νιτρικών αυξανόταν γραμμικά κατά την τελευταία εβδομάδα πριν την συγκομιδή (55 η έως 61 η ημέρα), ενώ η Elvira παρουσίασε μια απότομη αύξηση από την 55 η μέχρι την 58 η ημέρα και μια σημαντική μείωση την 61 η. Αυτό αποδεικνύει το σημαντικό ρόλο που παίζει ο χρόνος συγκομιδής του φυτού (Urrestarazu et al. 1998).
Ρυθμιστές ανάπτυξης Σύμφωνα με τους Rozek et al. (1989) και τους Neocleous et al. (2000), με τη χρήση 150 ppm NO 3- -N σε συνδυασμό με 100 ppm ή 200 ppm γιββερρελλίνη και 20 ppm κινετίνη σε συνθήκες υψηλής έντασης φωτισμού και υψηλής θερμοκρασίας, παρατηρούνται χαμηλές συγκεντρώσεις νιτρικών σε συνδυασμό με υψηλές αποδόσεις και καλής ποιότητας προϊόν. Όμως σύμφωνα με τους Πασπάτη κ.α. (1999), η εφαρμογή φυτορρυθμιστικών ουσιών και κυρίως γιββερελλικού οξέως (σε καλλιέργεια σπανακιού και σέλινου), αυξάνουν τη συσσώρευση νιτρικών.
Άλλοι παράγοντες Στο μαρούλι η συγκέντρωση των νιτρικών φαίνεται να είναι μεγαλύτερη στα εξωτερικά (παλαιά) φύλλα παρά στα νέα (εσωτερικά) φύλλα. Στο αγγούρι η συγκέντρωση των νιτρικών είναι μεγαλύτερη στους ιστούς του λαιμού και της φλούδας παρά στον κεντρικό ιστό.
Μέση συγκέντρωση νιτρικών (mg kg -1 Ν.Β.) στα φύλλα της εαρινής καλλιέργειας της cv. Parris Island ανάλογα με τη συγκέντρωση ΝΟ 3 στο θρεπτικό διάλυμα 600 500 400 300 200 50 ppm 150ppm 300 ppm 450 ppm 100 0 Εσωτερικά Μεσαία Εξωτερικά
Η περιεκτικότητα διαφόρων ιστών του αγγουριού σε ΝΟ 3 σε σχέση με τη συγκέντρωση νιτρικών στο θρεπτικό διάλυμα (Κώτσιρας κ.α. 2002) 12000 10000 8000 6000 4000 100 ppm 200 ppm 400 ppm 2000 0 Ακρη Κέντρο Λαιμός Φλούδα
Τα συμπεράσματα Τα νιτρικά συσσωρεύονται στα φυλλώδη κυρίως λαχανικά όταν η ένταση και διάρκεια του φωτισμού είναι μειωμένη, ακόμη σε βαθμό που μπορεί να προκαλεί προβλήματα στην υγεία του καταναλωτή. Υπάρχουν τεχνικές που μπορούν να εφαρμοστούν για τη μείωση του προβλήματος. Ο καταναλωτής μπορεί επίσης να συνεισφέρει στη μείωση του κινδύνου: (1) αγοράζοντας φυλλώδη είδη που παράγονται σε περιοχές με καλό φωτισμό το χειμώνα (ΕΛΛΗΝΙΚΑ) (2) ξεφλουδίζοντας προϊόντα όπως το αγγούρι και αποφεύγοντας τα παλαιά φύλλα του μαρουλιού και του σπανακιού.
Για τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας Για μια πιο ορθολογική χρήση των νιτρικών στη γεωργία