III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

МОРКОВЬ С НАШЕГО ОГОРОДА НЕ СОДЕРЖИТ НИТРАТОВ. ПРАВДА ЛИ ЭТО?
Кудрявцева Е.Д.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

У нас в России много земли, которую можно использовать как сельхозугодия, но лучше иметь небольшой участок земли, и используя опыт интенсивного земледелия, получать достойные урожаи. Яркий пример - огородники, со своих 3-4 соток они умудряются получать хороший урожай огурцов, картофеля и других овощей не только на личные нужды, но и на продажу.

Интенсификация сельскохозяйственных работ проводилась с помощью удобрений человечеством очень давно. Например, племена инков, живущие на плато, с этой целью использовали человеческие и животные экскременты. Племена на побережье применяли для этого головы рыб, которые не пошли в пищу, а также помет птиц – гуано. Инки организовали методическое использование этого удобрения, разделив острова, где накопились целые горы этих экскрементов, между провинциями империи, определив точные сроки, когда индейцы должны были делать запасы для себя. Того, кто убьет птицу или потревожит стаю в период гнездования, приговаривали к смерти.

Минеральные удобрения — неминуемое следствие интенсивного ведения земледелия. В настоящее время их мировое производство равно 200–220 млн т/г, около 35–40 кг/г. на человека. Минеральные удобрения являются мощным средством повышения продуктивности почв и растений. Необходимость применения удобрений в сельском хозяйстве ярко иллюстрировал основоположник минерального питания растений Ю. Либих. Он говорил, что цивилизации процветают и гибнут вместе со своей почвой.Сегодня, при дефиците и дороговизне навоза, компоста, торфа, если не все, то подавляющее большинство огородников применяют минеральные удобрения. Это обходится дешевле и результат быстрее. Органические удобрения содержат необходимые вещества в недоступной форме и для их минерализации, то есть превращения сложных органических соединений в простые соли требуется время. Минеральные же удобрения содержат питательные элементы в доступной растениям, часто водорастворимой форме и быстро ими поглощаются.

В нашем поселке у многих жителей есть небольшие земельные участки, на которых они выращивают сельскохозяйственную продукцию для своих потребностей. Результаты социологического опроса показали, что многие огородники, кроме классического удобрения (навоз) используют и минеральные удобрения. Чаще всего используется мочевина.

Наш же пришкольный участок – это точно территория интенсивного земледелия. Вот уже в течение 10 (может и больше) лет не было завезено ни одной машины перегноя, навоза или каких-то иных органических удобрений, и приходится обходиться покупными минеральными удобрениями, чтобы что-то вырастить на нем. Покупая каждый год 3-4 килограмма мочевины, мы в летний период (с промежутком 3-4 недели) дважды поливаем все растения нашего участка раствором этого удобрения (из расчета - столовая ложка на лейку воды). Так как лейки у ребят по размеру разные, на одну грядку выливается разное количество воды с удобрениями, да и ложкой можно зачерпнуть разную дозу удобрений, то невольно возникает вопрос – а не едим ли мы овощи с нитратами? Ведь сельхозпродукция, выращенная на пришкольном участке (лук, морковь, свекла, картофель, огурцы, кабачки) поступает в нашу школьную столовую.

Гипотеза: при подкормке растений в период активного вегетативного роста мочевиной более одного раза в них накапливаются нитраты.

Цель: выяснить, содержатся ли нитраты в моркови с пришкольного участка и личных участков, если она подкармливается мочевиной один-три раза за лето.

Задачи:

1.Изучить необходимую литературу и сайты Интернета по вопросу нитратов.

2.Изучить путизагрязнения продуктов питания нитратами.

3.Опробовать методику химического анализа по определению нитратов.

4.Сиспользованием данной методики доказать или опровергнуть предположение, что наша морковь опасна для употребления.

Объект исследования: морковь, собранная на пришкольном участке и личных участках жителей поселка Нагорный(приложение 1-3).

Предмет исследования: нитраты в моркови, собранной на пришкольном участке и личных участках.

Сроки проведения: сентябрь 2016 – январь 2017г.

Для решения данных задач использованы следующие общие методыбиологии: изучение специальной литературы и сайтов интернета, наблюдение, описание, сравнение, измерение, анализ конкретных биологических фактов, обобщение.

А также специальные методы: метод химического анализа.

Оглавление

Введение.

Основная часть.

Обзор литературы.

I. Азот. Азотные удобрения. Нитраты.

1.1.Азот в жизни растений _____________________________________5

1.2.Когда растениям нужна подкормка азотом______________________5-6

1.3. Виды азотных удобрений __________________________________5-6

1.4.Мочевина (карбамид), особенности и применение _______________6-7

1.5. Основные причины накопления нитратов в растениях___________7-8

1.6.Влияние нитратов на организм человека_____________________8-9 1.7.Методы исследования содержания нитратов в продуктах_______10-11

II. Исследовательский этап работы. Результаты.

2.1. Методика проведенного исследования________________________12

2.2.Результаты социологического опроса и выводы_________________12

2.3. Результаты химического анализа и выводы.____________________13

III. Заключение._______________________________________________14

IV. Используемая литература.__________________________________15

V. Приложение.________________________________________________16-24

I. Азот. Азотные удобрения. Нитраты

1.1.Азот в жизни растений.

Без кислорода, углекислого газа, света, воды растению не обойтись. Растение берет из окружающей среды также и минеральные соли. Многие химические элементы таблицы Д. И. Менделеева входят в состав живого вещества растения, но особое место среди них занимает азот - важный строительный материал для аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Без него жизнь растительного организма была бы невозможна. При недостатке азота в почве уменьшается содержание зеленых пигментов, бледнеют листья, замедляется рост растения. А недостаток бывает часто ощутимый. Ведь в почве азота содержится всего от 0,02 до 0,5 процента и то лишь благодаря деятельности микроорганизмов некоторых растений и разложению органических веществ. И это в то время, когда миллионы тонн азота в атмосфере "давят" на поверхность Земли: над каждым гектаром почвы, образно говоря, висит 80 тысяч тонн относительно инертного газа! В чем же дело? А дело в том, что в воздухе азот находится в молекулярном состоянии, то есть в бездействии. И потому вполне оправдывает свое название: в переводе с греческого азот значит "безжизненный". Элементом жизни он становится только в химических соединениях - легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. А без азота невозможен синтез белков и, следовательно, жизнь! [2]

1.2.Когда растениям нужна подкормка азотом.

Все огородники и садоводы следят за состоянием своих «питомцев». По внешнему виду растений можно легко понять, что им необходима поддержка в виде добавления в почву азота. Нехватка этого вещества приводит к следующим последствиям:

— растения растут неестественно медленно;

— деревья и кустарники отбрасывают тонкие и короткие новые побеги;

— листья на растениях маленькие и узкие. А их цвет становится бледным с желтизной.

— количество цветочных почек очень небольшое. Сами цветки недоразвиты и слабые.

Если вы заметили за своими растениями такое поведение, то это означает нехватку азота. Необходимо скорее вносить азотные удобрения. В противном случае о хорошем урожае и речи быть не может. [4]

1.3. Виды азотных удобрений.

Растения не могут усваивать молекулярный азот N2 из воздуха. Это проблема “связанного азота”. Соединения азота (оксиды и азотная кислота) в небольших количествах образуются в атмосфере и с осадками на 1 га площади в год поступают 2,5–4 кг связанного азота. Но этого недостаточно для нормального роста и плодоношения культурных растений, поэтому используется дополнительное обогащение почвы азотом. Для этого применяют так называемое зеленое удобрение – это специально выращенная и запаханная растительная масса. Используют главным образом растения семейства бобовых (люпин, люцерна, клевер, горох, вика), способные связывать в химические соединения азот воздуха. Ещё один приём обогащения почвы – внесение минеральных азотосодержащих удобрений, таких как: аммиак NH3 (безводный и водные растворы) и его соли – прежде всего, сульфат (NH4)2SO4 и хлорид аммония NH4Cl; селитры: натриевая NaNO3, калиевая КNО3 и кальциевая Ca(NO3)2, аммиачная NH4NO3; цианамид кальция CaCN2 и мочевина (карбамид) NH2CONH2. Мочевина при взаимодействии с водой, в конечном счете, тоже превращается в аммиак. Наряду с ним получается диоксид углерода, который также является питательным веществом для растений:

NH2CONH2 + Н2О = 2NН3 + СО2[1,2]

Чаще всего жителями нашего поселка используется мочевина.

1.4. Мочевина (карбамид), особенности и применение.

Азота 46%.

Плюсы: хорошо растворяется в воде, прекрасно усваивается растениями.

Минусы: при высокой влажности слеживается, превращаясь в глыбу. Очень быстро вымывается из почвы, выветривается и разлагается на солнце, поэтому заделывать ее надо на глубину 10–12 см. При этом действовать начинает не моментально, как аммиачная селитра, а лишь через неделю.

Когда вносить: только весной и летом в виде подкормок. Причем мочевину можно спокойно использовать и для внекорневых подкормок – она не повредит растениям, даже если переборщить с дозой. Подкормка, как правило, осуществляется в период роста, цветения и даже плодоношения огородных растений. Но для каждой культуры внесение удобрения должно осуществляться по индивидуальным рекомендациям.

— для поддержки огурцов и гороха, удобрение вносится из расчета 6-9 граммов на кв. метр;

— если нужно подкормить томат, перец или капуста, то мочевина вносится по 19-23 граммов на квадратный метр. Такая же дозировка относится и к корнеплодам (например, картофелю или моркови) и луковичным растениям (чеснок, лук);

— для патиссонов, кабачков и баклажан удобрение вносится в размере 10-12 граммов. [4]

1.5. Основные причины накопления нитратов в растениях.

Еще лет десять назад стало известно, что основной причиной высокого содержания нитратов в ранних овощах является бесконтрольное использование минеральных удобрений. Нитраты накапливаются в растениях и их плодах при избыточном внесении азотных удобрений, несоблюдении сроков их внесения или при отсутствии баланса между внесением азотных, фосфорных и калийных удобрений. Недостаток магния и серы в почве способствует накоплению нитратов в овощах и фруктах. Также причиной накопления нитратов могут быть нарушения процессов фотосинтеза при выращивании в теплицах или загущенных посадках (стоит задуматься о пользе зелени, выращиваемой на подоконниках с плохим искусственным освещением).

Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше в их плодах. Нитратов больше в зеленых плодах, чем в спелых. В сельскохозяйственных растениях больше всего нитратов содержится в салате (особенно тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свекле, капусте, моркови, укропе: в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в сердцевине его, в капусте - в кочерыжке, в толстых черешках листьев и в верхних листьях. Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего содержится нитратов в их кожице.[3]

1.6.Влияние нитратов на организм человека.

В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных явлений. Все беды начинаются тогда, когда нитратов становится слишком много.Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов — 5 мг на 1 кг массы тела человека, т. е. 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребёнка допустимая норма составляет не более 50 мг.Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов.

Нитраты нарушают функцию гемоглобина, что приводит к гипоксии организма человека. Они способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества — токсины, в результате чего идёт токсикация, т. е. отравление организма.

Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ. При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы. Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно–кишечном тракте у человека.Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.[5]

1.7. Методы определения содержания нитратов в продуктах растениеводства.

Среди методов определения нитратов в продуктах главенствующее положение занимают физико-химические: спектрофотомерия, хроматография, электрохимия и хемилюминесценция.

Спектрофотометрические методы определения нитратов можно разделить на 4 группы, основанные:

• на нитровании ароматических органических соединений (особенно фенолов);• на окислении органических соединений;• на восстановлении нитрат-ионов до нитрит-ионов;• на поглощении нитратов в УФ-области спектра. Получаемые соединения имеют максимум светопоглощения в ближних ультрафиолетовых и видимых областях спектра. Интенсивность светопоглощения пропорциональна содержанию нитратов в анализируемой пробе.

Давно известен метод газожидкостной хроматографии, который заключается в нитровании органических соединений ароматического ряда — бензола и его производных в присутствии серной кислоты, разделение их с помощью колонки, заполненной специальными сорбентами, испарении и количественном определении нитропроизводных пламенно-ионизационным детектором или детекторами электронного захвата.

Давно используется полуколичественный метод определения нитратов с использованием дифениламина. Сущность метода состоит в визуальной оценке окрашенных соединений, образующихся при взаимодействии нитратов с дифениламином.Нижний предел обнаружения нитратов в анализируемой пробе — 100 мг/кг.[6]

В настоящее время в продаже появился персональный электронный тестер для определения нитратов в овощах, фруктах. Прибор сконструирован для быстрого определения относительного содержания солей нитратов в распространенных овощах и фруктах. В нашем поселке ни у кого данного прибора нет. Поэтому мы воспользовались методом, предложенным преподавателем химического факультета ЧелГУ Кузнецовым Александром Львовичем, наиболее подходящим в данной ситуации. Это метод лабораторного определения аммиачной группы в жидких растворах.

II. Исследовательский этап работы.Результаты

2.1.Методика проведенного исследования.

1.Проведение социологического опроса по вопросу применения минеральных удобрений на личных участках (приложение 4).

1.Отбор образцов моркови (один с пришкольного участка, два с личных участков жителей поселка), получение морковного сока (приложение 3).

2.Качественный анализ в лаборатории химического факультета ЧелГУ по методике «Лабораторное определение аммиачной группы в жидких растворах» (приложение 5-7).

3. Графический анализ полученных результатов (приложение 8-9).

2.2. Результаты социологического опроса.

Вопросы

Ответы респондентов

1.Применяете ли вы на своем личном огороде минеральные (покупные) удобрения

да-74%

нет-26%

2. Если да, то какие удобрения?

Мочевина - 77%

Калийная соль–6%

Фосфаты -17%

3.С какой целью их применяете?

Для улучшения роста– 29%

Получить богатый урожай -24%.

Другие варианты ответа – 47%

4.В каком виде (сухом или растворенном)?

В сухом – 13%

В растворенном –84%

В сухом или растворенном, в зависимости от ситуации -3%

5. .Сколько раз в течение летнего периода вы применяете минеральные удобрения?

Один – 35%

Два – 32%

Три – 23%

Чаще -10%.

Выводы:

1. Жители поселка Нагорный применяют минеральные удобрения при выращивании садово-огородных культур.

2.Чаще всего применяется карбамид (мочевина).

3.Применяется удобрение в виде жидкой подкормки (в растворенном виде).

4.Основные цели применения: улучшение роста и получение богатого урожая.

5.Применяют в течение лета в основном один - два раза.

2.3.Результаты химического анализа.

Образец

Место выращивания

Количество подкормок

Сроки подкормки

Результаты

№1

пришкольный участок

2

последняя неделя июня 2016г.

последняя неделя июля 2016г.

образец не содержит нитратов

№2

личный участок Захаровой И.Н.

1

последняя неделя мая 2016г.

образец не содержит нитратов

№3

личный участок Хоробрых Н.А.

0

-

образец не содержит нитратов

Вывод:

1.Исследован на наличие нитратов сок моркови, собранной на трех различных участках.

2.Максимальное количество проведенных подкормок - две.

3.Время проведения подкормок: май, июнь, июль.

4.Результат: ни в одном из образцов нитраты не обнаружены.

Заключение

Интенсивное земледелие – это возможность любому жителю нашей страны с небольшого участка земли получить различную сельскохозяйственную продукцию. Таким образом:

1. обогатить рацион питания полезными продуктами, богатыми витаминами;

2.сэкономить бюджет семьи;

3.а может и улучшить его, продавая излишки;

4.с пользой для здоровья провести весенне-летние месяцы.

Азот - важный строительный материал для аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Без него жизнь растительного организма была бы невозможна. При недостатке азота в почве уменьшается содержание зеленых пигментов, бледнеют листья, замедляется рост растения.

Бесконтрольное использование минеральных удобрений приводит к тому, что нитраты накапливаются в растениях и их плодах и могут принести вред здоровью человека.

Если вносить минеральные удобрения в нужные сроки (например, мочевину в период вегетативного роста), и в требуемой пропорции (8-10 грамм мочевины на десятилитровое ведро воды), то вы получите хороший урожай овощей и фруктов, не загрязненный опасными для здоровья нитратами.

Проведенное нами исследование это подтвердило, показав, что нив одном из трех образцов нитратов не обнаружено.

Конечно, не только азотные удобрения нужны растениям, но калийные и фосфорные тоже, но о них надо говорить отдельно.

Используемая литература и сайты интернета.

1.О.С.Габриелян. Химия 9 класс: Учеб. для общеобразоват. заведений.-3-е изд., стереотип. - М., Дрофа, 2000.

2.П.А. Генкель. Физиология растений. - М.: Просвещение, 1984.

3.Экология. Экологические следствия использования минеральных ресурсов.

Режим доступа: http://www.ecolearn.ru/item/31.html .-Загл. с экрана.

4. FloraPrais .Ru. Дачныймагазин. Золотые правила плодородия.

Режим доступа: http://www.floraprice.ru/articles/ogorod/kak-effektivno-primenyat-udobreniya-na-sadovykh-uchastkakh-4.html .-Загл. с экрана.

5. Нитраты и нитриты. Влияние на организм человека.

Режим доступа: https://prodobavki.com/modules.php?article_id=96&name=articles .-Загл. с экрана.

6.Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации.ГОСТ 29270-95. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения нитратов.

Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-29270-95 . - Загл. с экрана.

Приложение 1

Образец №1 выращен на нашем пришкольном участке.

Приложение 2

Образец №2 выращен на личном участке у Ирины Николаевны.

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Лабораторное определение аммиачной группы в жидких растворах.

Для анализа азотосодержащих соединений в растворе сока моркови во всех трех случаях мы использовали методику качественного анализа на наличиеNH3-группы.

1. Отфильтровав через мелкопористый фильтр три образца, мы отобрали по 10мл. каждого раствора и к каждому из них добавили по12 капель (10-15 капель) щелочи, едкого натра.

2.После этого, взвесив на весах по 10-15г. мелкодисперсного порошка цинка, мы добавили его в раствор сока моркови и отправили на нагревание на открытом пламени;

3.При закипании раствора была приложена бумажка с фенолфталеином (по изменению окраски бумажки, которая находится над раствором в испарениях сока, можно судить о наличии или отсутствии аммиака, который мог бы остаться в соке моркови вследствие разложения мочевины);

4.Во всех трех случаях мы пронаблюдали отсутствие изменения окраски фенолфталеиновой бумажки, что свидетельствует об отсутствии аммиака в газе испарения.

Для второго эксперимента (определение рН среды во всех трех образцах) мы использовали электрический рН-метр.

1.Прокипятили дистиллированную воду, остудили её в кристаллизаторе со льдом.

2. После этого налили воды по 15 мл. в три стакана и прилили к ним по 10 мл. исследуемого сока моркови.

3. Затем померили рН во всех трех случаях, опуская электрод в исследуемые растворы.

4. Судя по результатам, среда во всех трех случаях отличается на сотые доли, то есть незначительно.

5.Значит, мы не можем судить о наличии или отсутствии каких-либо средообразующих соединений в этих трех растворах, а именно нитраты или аммиачные группы.

Приложение 6.

Опыт №1.

   
   
   

Приложение 7.

Опыт № 2.

   
   

Приложение 8.

Результаты социологического опроса в графиках.

График №1.

Приложение 9.

График №2.

График №3