Study of Chemical Elements in Vegetable Products of Urban and Rural areas

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.65
Issue: № 11 (125), 2022
Suggested:
05.10.2022
Accepted:
17.10.2022
Published:
17.11.2022
172
2
XML PDF

Abstract

Product quality, as a result of metabolic and regulatory processes in plants, is more sensitive to the disruption of a balanced supply of their nutritional (N, P, K) and trace elements. The safety of products is determined by the presence in them of chemical elements in amounts not exceeding the established levels of consumption for humans and animals. An essential role in the course of all physiological and biochemical processes, even at the level of a single cell, is played by the content of nutrients in the soil. When conducting research and analysis of the data obtained, it was found that the highest Fe content was in common beets and potatoes, which was 6.82 ± 0.81 and 2.67 ± 0.17 mg/kg, respectively. In onions, the Fe content was almost 2 times lower than in beets and 1.4 times lower than in carrots. Mn content in crops varied within a large range (from 0.45 ± 0.15 to 12.75 ± 1.15 mg/kg).

1. Введение

Для полноценной жизнедеятельности организма необходимы безопасная высококачественная пища и благоприятная экологическая среда. Агроценоз формирует определенную, необходимую для человека биопродукцию, которая характеризуется не только продуктивностью, но и показателями качества, которые зависят от уровня плодородия почв, одной из характеристик которого является сбалансированное для фитоценоза соотношение макро- и микроэлементов [2], [8].

Качество продукции, как результирующее метаболических и регуляторных процессов в растениях, более чувствительно к нарушению сбалансированной обеспеченности их элементами питания (N, P, K) и микроэлементами. Безопасность продукции обусловлена присутствием в ней химических элементов в количествах, не превышающих установленные для человека и животных уровни потребления [7].

Баланс необходимых макро- и микроэлементов в почве имеет важное значение.

Многочисленными исследованиями было установлено, что растения могут усвоить любой элемент из почвы, если он находится в растворимой и доступной для корневой системы, форме. Этот процесс зависит от показателя кислотности почвы (рН). Так, например, при уровне рН менее 5,5 (слабокислые и кислые почвы) такие элементы как медь, цинк, марганец и железо хорошо доступны для усвоения растениям. И наоборот, при рН равном 7 и выше (нейтральная и щелочная реакция почвы) медь, марганец, молибден, железо, цинк становятся малоподвижными и переходят в неусвояемую форму, накапливаясь в почве в виде тяжелых металлов [1], [12].

Чаще всего, ТМ аккумулируются в почве благодаря внесению большого количества пестицидов для уничтожения или прекращения развития насекомых, клещей, бактерий, вирусов, спор грибов, сорной растительности. При поступлении в почву токсичные элементы трансформируются. При бесспорной пользе и экономической эффективности пестицидов в защите растений имеется ряд негативных последствий, что связано с загрязнением окружающей среды, включая продукты питания человека и увеличение контакта с ними сельскохозяйственных животных, это может стать причиной острых и хронических отравлений [4].

Уровень содержания ТМ в растениях, величина их урожая, химический состав и технологические показатели с различной степенью коррелируют с содержанием ТМ в почве. Поэтому важной задачей является нормирование токсических веществ в почве, которая имеет свои специфические особенности. При разработке ПДК ТМ в почве применяются данные об их валовом содержании. Этот принцип нашел наибольшее распространение. А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиас (1989) приводят данные различных авторов о валовом содержании ТМ в поверхностном слое почв, которое считается предельным по фитотоксичности [5].

В условиях антропогенного прессинга накопление ТМ в кормовых и овощных культурах часто достигает уровня, оказывающего вредное влияние на организм человека и животных [6].

Существенную важную роль в протекании всех физиологических и биохимических процессов, даже на уровне отдельно взятой клетки, играет содержание в почве питательных веществ. Особую реакцию растительные организмы проявляют на недостаток макро- и микроэлементов, а также на превышение уровней токсических загрязнений, оказывающих негативное влияние на рост и развитие растениеводческой продукции [3], [11].

2. Методы и принципы исследования

При проведении исследований были использованы методы системного анализа, инструментальные методы оценки химического загрязнения, методы статистического анализа.

Подготовка и минерализация проб осуществлялись по следующим методикам:

ГОСТ 26929-94 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. - М.: Стандартинформ;

ГОСТ 31218-2003 (ISO 6498:1998) Межгосударственный стандарт. Корма, комбикормовое сырье. Подготовка испытуемых проб;

ГОСТ 32343-2013 (ISO 6869:2000) Межгосударственный стандарт. Корма, комбикорма. Определение содержания кальция, меди, железа, марганца, магния, калия, натрия и цинка методом атомно-абсорбционной спектрометрии. [10]

Содержание токсичных элементов и тяжелых металлов - на Атомно-абсорбционном спектрометре СоntrAA 300 и пакета программ.

Лабораторные исследования в 2017 г. были проведены в условиях Лаборатории ИНИЦ Южно-Уральского ГАУ г. Троицк, Челябинской области, в последующие года в лаборатории Агробиотехнологического центра ГАУ Северного Зауралья. Согласно общепринятым методикам, были отобраны образцы овощных культур: морковь посевная – Daucus carota L., свекла обыкновенная – Beta vulgaris L., картофель – Solanum tuberosum L., лук репчатый – Allium cepa L., выращенных на приусадебных участках городских и сельских территорий без учёта внесения минеральной подкормки.

3. Основные результаты

При проведении исследований определялись химические элементы в моркови посевной, а анализируя уровень Mn, Fe, Cu и Co, можно заключить, что концентрации данных элементов были не велики и колебались в пробах моркови посевной в незначительных пределах. Содержание Mn варьировало от 0,6±0,15 до 5,81±0,35 мг/кг, Fe находилось в пределах от 1,02±0,17 до 5,32±0,39 мг/кг, а Co скорее проявлял следовые концентрации менее 0,01 мг/кг. При этом уровень Сu с установленной допустимой концентрацией равной 5,0 мг/кг, достигал максимум 2,09±1,12 мг/кг, что составило 0,42 допустимого уровня.

Системный анализ на основе корреляции для исследуемых элементов в корнеплодах моркови, выращенных на участках городских территорий в большинстве случаев показал прямую среднюю и сильную связь исследуемых элементов с подвижными формами металлов в почвах. Также выявлена закономерность обратной корреляционной связи Мn в корнеплодах моркови посевной c подвижной формой Fe (r=-0,5), Co (r=-0,42), и прямую сильную с Cd (r=0,65).

На величину концентрации Fe в корнеплодах при корреляционном анализе, обратное влияние оказывали большинство исследованных подвижных форм элементов: Zn (r=-0,89), Ni (r =-0,7), Cr (r=-0,56), а содержание Co зависело от концентраций подвижных Мn (r=0,85) и Ni (r=0,99).

В корнеплодах моркови корреляционная зависимость содержания микроэлементов выглядела следующим образом: Zn положительно коррелировал с Ni (r=0,98), Cd (r=0,99) и Cr (r=0,54), и находился в обратной зависимости с Pb (r=0,98) и Cu (r=0,95). Также отмечалась прямая связь Мn c Pb (r=0,99) и Cu (r=0,99). Сопоставляя полученные данные по содержанию исследуемых микроэлементов в корнеплодах свеклы обыкновенной, отмечено, что концентрации Mn и Fe отличались большей величиной и диапазоном. Так, высокая концентрация Mn выявлена в корнеплодах свеклы сельских территорий, где их количество достигло 12,67±0,76 мг/кг. Также в данных пробах отмечалось высокое содержание Fe – до 6,82±0,81 мг/кг. Большое количество Fe содержится и в свеклы.: до 5,31±0,55 мг/кг в корнеплодах, выращенных на городских территориях [9].

При проведении корреляционного анализа было установлено, что содержание элементов в корнеплоде зависело от количества их подвижных форм в почве (r=0,36-0,98). Наибольшими связями с подвижными формами среди исследуемых элементов обладали Fe (r=0,98) и Cu (r=0,89). Содержание элементов в корнеплодах свеклы также тесно коррелировало с подвижными формами других ТМ. Так, Mn растений находился в сильной прямой связи с подвижными Zn (r=0,98), Ni (r=0,91), Pb (r=0,87) и Cu (r=0,77). А Сu коррелировала с обратной связью: Fe (r=-0,76), Ni (r=-0,93) и Cd (r=-0,79).

В растениеводческой культуре взаимосвязь исследуемых элементов проявлялась в средней и сильной степени корреляционных связей друг с другом. Следует отметить, что на величину Fe в растении влияло содержание Ni (r=0,99) и Cd (r=0,98), а Со находился в обратных корреляционных связях с Cd (r=-0,42), Сr (r=-0,75) и Pb (r=-0,76).      

На следующем этапе наших исследований был определен уровень микроэлементов в клубнях картофеля, выращенных на территориях с разной антропогенной нагрузкой.

Нами установлено, что концентрации Cu во всех исследуемых пробах не превышали допустимого уровня (5,0 мг/кг) и находились в пределах 0,43 ± 0,07 – 1,66 ± 0,21 мг/кг, что составило 33 % от допустимой величины. Количество Mn варьировало от 0,45 ± 0,15 мг/кг до 6,25 ± 0,32 мг/кг, самая высокая концентрация Mn выявлена в корнеплодах картофеля, в городских территориях. Концентрации Fe в пробах колебались в небольших пределах: 1,36 ± 0,18 – 2,67 ± 0,17 мг/кг и максимальное содержание его выявлено в пробах картофеля из г. Тюмень (городская местность).

В большем количестве проб картофеля содержание Co не было обнаружено, при этом максимальная его концентрация составила 0,05 ± 0,019 мг/кг в корнеплодах городских территорий.

Проведение корреляционного анализа выявило закономерность влияния на концентрации данных микроэлементов в культуре картофеля подвижных форм элементов в почве. Наибольшая связь с подвижной формой элемента обнаружена у Сu и Co (r=0,97 и r=0,96 соответственно), в культурах, выращенных на городских территориях.

Кроме того, исследуемые микроэлементы коррелировали и с другими подвижными формами ТМ. Выявлены прямые связи концентрации Мn c подвижными Zn (r=0,86), Cd (r=0,96) и Со (r=0,91), а также Fe коррелировало с Pb (r=0,82).

При помощи корреляционного анализа установлено, что интенсивной взаимосвязью между собой обладают концентрации элементов в корнеплоде картофеля: Fe находилось в обратной связи с содержанием Mn (r=-0,68) и прямой зависимостью от Ni (r=0,93) и Co (r=0,91). При этом величина Со в картофеле на всех исследуемых участках зависела от концентрации Сr (r=0,58-0,98). Также установлено, что концентрации Cr находились в обратной связи с Cd (r=-0,89), Cu (r=-0,91) и Mn (r=-0,64).

При определении концентраций микроэлементов Мn, Fe, Cu и Со в луковицах лука репчатого, выращенных на городских и сельских территориях, получены данные, которые позволили охарактеризовать содержание Сu как референсное, не превышающее допустимой концентрации (5,0 мг/кг). При этом максимальное количество Сu было обнаружено в пробах лука репчатого, отобранного с городских участков и составило 0,45 ± 0,14 мг/кг. В сельских территориях концентрации Сu в луковицах меньше в 2 – 5 раз (до 0,17 ± 0,03 мг/кг).

Концентрации других элементов находились в пределах: Mn – 0,54 ± 0,11 – 1,75 ± 0,30 мг/кг, Fe – 1,74 ± 0,21 – 3,78 ± 0,35 мг/кг и Со менее 0,01 мг/кг.

Проведенный корреляционный анализ показал, что величина концентрации элементов в луке репчатом находились в прямой средней степени связи от содержания подвижных форм элемента в почве. Максимальными корреляционными связями данного вида, для изучаемых территорий, обладали Mn (r=0,65-0,72) и Cu (r=0,84-0,87). 

Кроме того, для концентрации тяжелых металлов в растениях лука репчатого было характерно влияние их друг на друга. Так, на содержание Mn оказывали влияние Zn (r=0,62) и Cd (r=-0,98), а Fe коррелировало с Сr (r=0,57) и Zn (r=-0,72).

4. Заключение

Таким образом, при проведении исследований и анализе полученных данных установлено, что наибольшим суммарным содержанием Fe обладали свекла и картофель, что составило 6,82 ± 0,81 и 2,67 ± 0,17 мг/кг соответственно. В луке репчатом содержание Fe почти в 2 раза меньше, чем в свекле и в 1,4 раза меньше, чем в моркови. Суммарное содержание Mn в культурах варьировало в больших пределах (от 0,45 ± 0,15 до 12,75±1,15 мг/кг).

Максимальная общая концентрация Со – 0,18 ± 0,095 мг/кг была выявлена в пробах свеклы и 0,095 ± 0,035 мг/кг в моркови на участках городских территорий. Для остальных проб овощных культур, характерно невысокое содержание Со, не превышающее 0,01 мг/кг.

Article metrics

Views:172
Downloads:2
Views
Total:
Views:172