IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Агрохимический анализ сортов картофеля на пригодность для потребителя

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Маркиянова А.В. 1Аксенчик А.В. 1

---

1Гимназия №16 г. Минска

Боровик Г.П. 1

---

1Гимназия №16 г. Минска

Работа в формате PDF

801 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе раскрывается комплекс актуальных вопросов об экологическом воздействии природных и антропогенных факторов на количественное содержание нитратов в наиболее распространенных сортах продовольственного картофеля.

Практическая значимость настоящего исследования обусловлена рядом причин, среди которых можно выделить следующие: 1) картофель под воздействием различных факторов (вносимые удобрения, особенности экологии, генетические свойства, видовые, сортовые качества, качество семенного материала и т. п.) обладает способностью накапливать в себе нитраты; 2) отсутствие сортовой политики при выведении и выращивании сортов картофеля с низким уровнем нитратов в урожае и чрезмерное использование сельскохозяйственных удобрений приводит к переизбытку токсичных веществ, что в конечном итоге приводит к продовольственной непригодности для потребителя; 3) при остром отравлении нитраты вызывают у человека кислородное голодание (гипоксию) различной тяжести, вплоть до смертельного исхода; при хроническом отравлении – рак желудка, изменение функций центральной нервно системы и сердечной деятельности. К избытку нитратов в пище наиболее чувствительны дети, особенно первого года жизни (нитраты попадают в грудное молоко, т.к. молочная железа не является барьером для нитратов).

Особую значимость рассматриваемой проблеме придает тот момент, что картофель занимает совершенно особое место в нашем питании, является источником витаминов, минеральных веществ, микроэлементов, ферментов, клетчатки, оказывающих большое положительное влияние на организм человека.

Сложность изучаемой проблемы заключается еще и в том, что содержание нитратов в растениях до определенных пределов положительно коррелирует с ростом и качеством продукции, и является показателем их обеспеченности азотом. С другой стороны, содержание нитратов в растениях, особенно в повышенных концентрациях, не только значительно ухудшает их качество, но и потенциально опасно для здоровья человека.

Основными целями данного исследования являлись: 1) изучение степени восприимчивости наиболее распространенных сортов картофеля к накоплению нитратов; 2) выявление сорта картофеля, обладающего не только высокой урожайностью, но и являющегося наиболее безопасным для пищевых целей по содержанию в нем нитратов и степени восприимчивости к их накоплению в естественных условиях; 3) разработка практических рекомендаций по нейтрализации нитратов в картофеле.

Для достижения поставленных целей требовалось решить следующие задачи: 1) провести агрохимический анализ отобранных образцов картофеля, выращенного в естественных условиях и определить содержание нитратов с использованием ионометрического экспресс-метода; 2) выявить динамику распределения нитратов в клубнях картофеля в зависимости от количества вносимых удобрений, а также в процессе хранения картофеля, мытья в горячей воде, термической обработки и выдержки в 1%-растворе поваренной соли.

Объект исследования: наиболее широко возделываемые сорта столового картофеля в Республике Беларусь и Российской Федерации («Скарб», «Санте», «Дубрава», «Журавинка», «Лилея»), выращенные на приусадебном участке (Республика Беларусь, Минская обл., д. Узборье) в естественных условиях.

Предмет исследования: количественное содержание нитратов и динамика их распределения в различных сортах картофеля в зависимости от дозы вносимых удобрений, а также в процессе хранения картофеля, мытья, термической обработки и выдержки в 1%-растворе поваренной соли.

Рабочая гипотеза: предполагалось, что различные сорта картофеля обладают неодинаковой степенью накопления нитратов; не все сорта картофеля, обладающие высокой урожайностью, являются безопасными для пищевых целей по содержанию нитратов.

Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в том, что впервые на уровне школьного научного эксперимента проведено комплексное исследование актуальных вопросов об экологическом воздействии природных и антропогенных факторов на количественное и качественное содержание нитратов в наиболее широко возделываемых сортах столового картофеля. Результаты настоящего исследования позволяют не только увеличить урожай картофеля, выращенного на частном приусадебном участке, но и улучшить его экологические качества.

Ожидаемые результаты: выявление сорта картофеля, обладающего не только высокой урожайностью, но и низкой степенью накопления нитратов; практические рекомендации по нейтрализации нитратов в картофеле.

Выводы и практические рекомендации, сформулированные в данной работе направлены на повышение эффективности производства в личных подсобных хозяйствах граждан нашей страны высококачественного и экологически чистого картофеля.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Для полевого научно-исследовательского эксперимента мы использовали опытный участок с хорошо окультуренной подзолистой песчаной почвой, расположенный в Минской области в д.Узборье общей площадью 30 кв.м и поделенный на пять равных частей, однотипных по рельефу, почвенному покрову и хозяйственной истории. Участок расположен на хорошо освещаемом солнцем месте, находится на удаленном расстоянии от животноводческих построек, сплошного леса и проезжих дорог. Каждая из его пяти частей в весенний период была засеяна соответствующим сортом картофеля (таблица 1).

Удобрения вносили перед посадкой картофеля в виде комплексного удобрения под культивацию в форме азота (N), фосфора (P) и калия (K), разработанного отечественным производителем и являющегося одним из наиболее доступных.

Таблица №1

Сроки посадки и уборки урожая исследуемых сортов картофеля

В соответствии с рекомендациями, указанными на товарной упаковке рекомендуемое (оптимальное) количество вносимых удобрений для картофеля составило 30 г/м². Повышенное количество удобрений (в 2 раза) по сравнению с рекомендуемым составило соответственно 60 г/м². За нулевое количество вносимых удобрений (доза – без удобрений) мы условно приняли фоновое содержание соответствующих химических веществ в почве без внесения дополнительного количества удобрений.

Каждая из пяти частей опытного участка, соответствующая конкретному сорту картофеля была также поделена на три части. Каждая такая часть (делянка) соответствовала определенному количеству вносимых удобрений: дозы удобрений варьировали на трех уровнях в соответствии с матрицей планирования (таблица 2). Всего было подготовлено 15 делянок. Учетная площадь делянок по каждому варианту опыта составляла 2м².

Таким образом, на опытном участке нам удалось объединить пять наиболее распространенных сортов картофеля с различной дозой удобрений: без удобрений (№№ вариантов опыта: 1-5), рекомендуемой (№№ вариантов опыта: 6-10) и повышенной (в 2 раза) (№№ вариантов опыта: 11-15).

В целях исключения миграции питательных веществ и вносимых удобрений каждая делянка была изолирована от соседней с помощью специально изготовленного каркаса, утопленного в грунт на глубину 0,3 м и высотой 0,2 м.

Таблица №2

Расчет урожайности осуществлялся делением валового сбора, определяемого в физическом (первоначально оприходованном) весе картофеля на его площадь уборки. Уборка урожая осуществлялась в сухую погоду, в утреннее время, после высыхания росы.

Результаты сравнения урожайности исследуемых сортов картофеля в зависимости от дозы вносимых удобрений представлены на диаграмме №1.

Для изучения степени восприимчивости определенных сортов картофеля к накоплению нитратов, а также выявления сорта картофеля, являющийся наиболее безопасным для пищевых целей мы использовали один из наиболее распространенных методов агрохимического анализа – ионометрический экспресс-метод. Есть суть заключается в извлечении нитратов из растительных проб раствором алюмокалиевых квасцов с последующим измерением концентрации нитратов в растворе с помощью ионоселективного электрода.

Диаграмма №1

Результаты урожайности исследуемых сортов картофеля

(в зависимости от дозы вносимых удобрений)

Основой в отборе проб растений в агро- и биоценозах является метод средней пробы. Среднюю пробу каждого сорта картофеля мы составляли с учетом размера клубней. Для этого материал сортировали визуально на большие, средние, малые и соответственно долевому участию фракции составили средний образец. Растительный материал мы помещали в пакеты из плотной бумаги типа «Крафт» и загружали в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105-110°С. После загрузки выдерживали температуру 90-95°С в течении 15 минут. Дальнейшее высушивание проб мы проводили при доступе воздуха в открытых пакетах при температуре 50-60°С в течение 3-4 ч.

Для размола образцов мы использовали лабораторные мельницы. Измельчённый материал просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм. Часть материала, не прошедшая через сито, повторно измельчалась на мельнице или в ступке. Отбор производился методом квартования. Лабораторная проба равномерно распределялась на бумаге или стекле в виде круга или квадрата. Шпателем делилась на мелкие квадратики (1-3см) или сегменты.

Навеску растительного материала весом 1г (с точностью ± 0,01) мы помещали в колбу объемом 100 мл, приливали 50 мл 1%-го раствора алюмокалиевых квасцов и взбалтывали на ротаторе в течение 3 мин. Далее, в полученной суспензии с помощью ионометра ЭВ-74 определяли концентрацию нитрат-ионов.

Измерение концентрации нитрат-ионов проводили в единицах pC_no3- по шкале иономера, предварительно отградуированной по растворам сравнения. Данные опыты мы осуществляли для каждого опытного варианта растительного образца, соответствующего определенному сорту картофеля и дозе удобрений.

Всего было проведено 15 опытов по вышеуказанной схеме.

Массовую долю нитратов в мг/кг мы находили по величине pC_no3- с помощью вспомогательной таблицы [2, с.117]. Результаты измерений содержания нитратов в образцах, полученных с использованием ионометрического экспресс-метода представлены в таблице №3.

Сравнительные результаты определения количества нитратов в опытных образцах (в зависимости от дозы вносимых удобрений) представлены на диаграмме №2.

Для исследования динамики распределения нитратов в различных сортах картофеля в процессе хранения, мытья, термической обработки и выдержки в 1%-растворе поваренной соли нами было дополнительно подготовлено 15 растительных проб клубней из расчета по три пробы на каждый сорт картофеля, под который вносилась рекомендуемая доза удобрений (№№ вариантов опыта № 6-10). В данном эксперименте образцы были подвергнуты научным опытам с использованием качественной реакции на нитрат-анионы с использованием 1%-го раствора дифениламина. Для этого на предметное стекло мы клали несколько срезов соответствующего опытного образца, а затем на каждый срез наносили по одной капли 1%-го раствора дифениламина и следили за появлением синей окраски. Интенсивность этой окраски сравнивали с таблицей, показывающей степени относительной концентрации нитрат-анионов в растительных образцах [5, с.34] (таблица 4).

Таблица №3

Данные опыты мы осуществляли для каждого опытного образца до хранения (т.е. без воздействия), после интенсивной мойки горячей водой, термической обработки, выдержки в 1%-растворе поваренной соли и хранения в течение одного месяца в сухом прохладном помещении.

Сравнительные результаты опытов по определению содержания нитратов, полученные с помощью 1%-го раствора дифениламина представлены на диаграмме №3.

Диаграмма №2

Результаты определения количества нитратов ионометрическим экспресс-методом в исследуемых сортах картофеля

(в зависимости от дозы вносимых удобрений)

Таблица №4

Шкала степеней относительной концентрации нитрат-анионов в

растительных образцах

Диаграмма №3

степени относительной концентрации нитрат-анионов в

растительных образцах

2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных научных опытов установлено следующее:

1. В условиях отсутствия удобрений ни один из опытных образцов не превысил предельную норму содержания нитратов¹. Однако, наиболее безопасным для пищевых целей по содержанию в нем нитратов и степени восприимчивости к их накоплению оказался сорт картофеля «Журавинка» (количество нитратов: 45,82 мг/кг). Наибольшее содержание нитратов присутствовало в опытном образце сорта «Дубрава» (67,76 мг/кг).

 2. В условиях рекомендуемой и повышенной доз удобрений наиболее безопасными для пищевых целей по содержанию в нем нитратов и степени восприимчивости к их накоплению являются сорта картофеля «Журавинка» (количество нитратов: 195,4 мг/кг и 240,4 мг/кг соответственно) и «Лилея» (209,4 мг/кг и 246 мг/кг соответственно). Сорта картофеля «Скарб» и «Санте» в условиях повышенной дозы удобрений проявили критически высокую степень восприимчивости к нитратам, превышающую допустимую норму (491 мг/кг и 427,6 мг/кг соответственно).

Наиболее высокое содержание нитратов, значительно превышающее предельно допустимое в условиях рекомендуемой и повышенной доз удобрений содержал сорт картофеля «Дубрава» (269,8 мг/кг и 550,8 мг/кг соответственно).

3. Наибольшую урожайность в условиях рекомендуемой и повышенной доз вносимых удобрений продемонстрировал сорт картофеля «Дубрава» (4,56 кг/м² и 5,07 кг/м² соответственно). Однако, данное преимущество, на наш взгляд, не способно устранить основной недостаток данного сорта – повышенную степень восприимчивости к накоплению нитратов.

Среди лидеров по наименьшей степени восприимчивости к накоплению нитратов – сортов картофеля «Журавинка» и «Лилея» наибольшую урожайность в условиях отсутствия удобрений, а также рекомендуемой дозы удобрений продемонстрировал сорт «Лилея» (3,94 кг/м²).

4. Наиболее действенными способами нейтрализации нитратов в картофеле являются (представлены по убыванию меры значимости): а) термическая обработка; б) выдержка в 1% -растворе поваренной соли; в) длительное хранение в прохладном и сухом помещении; г) усиленная мойка горячей водой при температуре t = 45-50^oC в течение 10 минут.

Таким образом, собственными исследованиями в настоящей работе установлено, что получить абсолютно безнитратный урожай картофеля практически невозможно. Однако, существует возможность максимально снизить в нем уровень нитратов. При выращивании картофеля важно не только не превышать рекомендуемые дозы удобрений, но и использовать семенной фонд сортов, обладающих повышенным «иммунитетом» к воздействию нитратов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). – М.:Агроприздат. – 1985. – 351 с.

Дурынина Е.П., Егоров В.С. Агрохимический анализ почв, растений, удобрений. – МГУ. –1998. – 124 с.

Карманов С.Н., Кирюхин В.П., Коршунов А.В. Урожай и качество картофеля. – М.: Россельхозиздат. – 1988. – 167 с.

Мугниев А.Ф., Посмитная И.В., Содержание нитратов в овощах можно регулировать // Картофель и овощи. – 1989. – №1.

Соколов О.А. Особенности распределения нитратов и нитритов в овощах // Картофель и овощи. – 1987. – №6.