با رشد فزاینده جمعیت و نیاز روزافزون به افزایش بهره‌وری در کشاورزی، استفاده از کودهای نیتروژنه به عنوان یکی از ارکان اصلی تولید پایدار به صورت چشمگیری گسترش یافته است. نیترات یکی از مهمترین فرمهای قابل جذب نیتروژن توسط گیاه است که نقش اساسی در رشد، فتوسنتز و عملکرد نهایی محصول ایفا می‌کند. با این حال، آن‌چه بهره‌مندی از این عنصر مفید را به چالشی جدی تبدیل کرده، تجمع بیش از حد نیترات در محصولات کشاورزی است، پدیده‌ای که عمدتاً در نتیجه مصرف بی‌رویه کودهای شیمیایی و مدیریت نامناسب آبیاری در سطح جهانی پدید آمده است. نیترات‌ها به‌عنوان آلاینده‌های مهم محیط زیستی در گیاهان مختلف تجمع می‌یابند و در صورت مصرف بیش از حد، می‌توانند اثرات منفی قابل توجهی بر سلامت انسان‌ها و کیفیت محیط زیست داشته باشند. قرار گرفتن انسان در معرض نیترات عمدتاً ناشی از عوامل برونزاد است. سهم مواد غذایی در جذب نیترات توسط انسان برای سبزیجات تازه/خام ۸۰%، برای آب آشامیدنی ۱۵% و برای محصولات حیوانی (گوشت، شیر و پنیر) و غلات ۵% برآورد شده است (Alexander et al., ۲۰۰۸; Rathod et al., ۲۰۱۶). مطالعات نشان می‌دهند که میزان تجمع نیترات در گیاهان بسته به نوع آنها، ساختار و اندام گیاهی متفاوت است. برای مثال، گیاهان علفی و سبزیجات برگی بیشتر از سایر گیاهان قادر به جذب مقادیر بالای نیترات هستند، در حالی که محصولات دانه‌ای، میوه‌ها و ریشه‌ها معمولا تجمع کمتری از نیترات دارند. همچنین، در اندام‌های مختلف گیاه، برگ‌ها، ساقه‌ها و سایر قسمت‌ها میزان متفاوتی از نیترات وجود دارد، به‌طوری که برگ‌ها و ساقه‌ها به‌عنوان قسمت‌های عمده جذب کننده نیترات شناخته می‌شوند (Colla et al., 2018).
سازوکار تجمع نیترات در محصولات کشاورزی
نیترات (NO₃⁻) و آمونیوم (NH₄⁺) دو شکل اصلی نیتروژن معدنی هستند که گیاهان آنها را از طریق ریشه جذب می‌کنند. بیشتر آمونیومی که جذب می‌شود، مستقیما در ریشه به ترکیبات آلی مانند اسیدهای آمینه تبدیل می‌شود. اما نیترات پس از جذب، به اندام‌های مختلف گیاه (به‌ویژه برگ‌ها) منتقل شده و می‌تواند در واکوئل‌های سلول‌های برگ، ساقه یا اندام‌های ذخیره‌ای تجمع پیدا کند (Marschner, 1995).
پیش از آنکه نیترات وارد چرخه رشد گیاه شود، باید در دو مرحله به آمونیاک تبدیل شود:
۱. در سیتوپلاسم سلول، نیترات توسط آنزیم نیترات ریداکتاز به نیتریت تبدیل می‌شود.
۲. سپس در کلروپلاست، نیتریت توسط آنزیم نیتریت ریداکتاز به آمونیاک تبدیل می‌شود.
این دو واکنش باید به سرعت انجام شوند، چون نیتریت ماده‌ای سمی برای گیاه است. آمونیاک تولید شده در ادامه به اسیدهای آمینه و سپس به پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک تبدیل می‌شود (Wiedenhoeft, 2006).
اما اگر سرعت این واکنش‌ها پایین باشد (به دلیل عواملی از جمله کمبود آنزیم یا شرایط نامناسب محیطی مثل نور و دما)، احیای نیترات به خوبی انجام نمی‌شود و در نتیجه نیترات در گیاه تجمع پیدا می‌کند.
همچنین نوع گیاه، سرعت رشد، میزان مصرف نیتروژن و توانایی ژنتیکی آن برای احیای نیترات، نقش مهمی در میزان باقی‌ماندن نیترات در محصول نهایی دارد (Hmelak et al., ۲۰۱۳; Liu et al., 2022).
عوارض تجمع نیترات در خاک
در خاک‌هایی با بافت سبک، در صورت وقوع بارندگی‌های متناوب، نیترات به‌راحتی از ناحیه ریشه گیاه شسته شده و به منابع آب زیرزمینی نفوذ می‌کند. این پدیده می‌تواند منجر به آلودگی چاه‌ها شود. جذب نیترات توسط گیاهان در اواخر بهار به بیشترین مقدار می‌رسد، در حالی‌که در اواخر پاییز در کمترین میزان خود قرار دارد. در نتیجه، نیترات در فصل پاییز در خاک تجمع می‌یابد. بنابراین، به کشاورزان توصیه می‌شود جهت جلوگیری از شست‌وشوی نیترات و آلودگی آب‌های زیرزمینی، در پاییز اقدام به کشت‌های زمستانه کرده یا از گیاهان پوششی استفاده کنند تا این نیترات‌ها را تا بهار بعدی جذب کنند (مرادی و همکاران، ۱۳۹۲).
تاثیرات منفی تجمع نیترات بر سلامت انسان
اگرچه تجمع نیترات در اندام‌های گیاهی معمولاً برای خود گیاه خطری ایجاد نمی‌کند، اما مصرف زیاد آن برای انسان می‌تواند اثرات سمی داشته باشد. مقدار مجازی از نیترات که می‌توان بدون نگرانی از عوارض کوتاه‌مدت یا بلند مدت در رژیم غذایی مصرف کرد، تحت عنوان حداکثر مجاز نیترات یا بیشینه مجاز شناخته می‌شود. این مقدار براساس میزان مصرف روزانه غذاهای پرمصرف و مستعد آلودگی به نیترات و شاخصی با عنوان مقدار دریافت قابل قبول روزانه (Acceptable Daily Intake – ADI) تعیین می‌شود. طبق این شاخص، حداکثر میزان قابل قبول نیترات برای هر کیلوگرم از وزن بدن انسان بین ۰ تا ۳.۷ میلی‌گرم و برای نیتریت بین ۰ تا ۰.۰۷ میلی‌گرم در روز است. مصرف مستمر مقادیر بالاتر از این محدوده، به‌ویژه در بلند مدت، می‌تواند اثرات زیانباری بر سلامت انسان داشته باشد. بر اساس شواهد علمی، نیترات اضافی موجود در محصولات کشاورزی می‌تواند در دستگاه گوارش انسان به نیتریت و سپس نیتروزآمین‌ها تبدیل شود؛ ترکیباتی با پتانسیل سرطان‌زایی بالا که ارتباط آنها با سرطان معده، اختلالات متابولیکی و سندرم متهموگلوبینمی در نوزادان اثبات شده است (Gangolli et al., 1994; WHO, 2016). از این‌رو، سازمان‌های بین‌المللی نظیر FAO/WHO اقدام به تعیین حد مجاز باقی‌مانده نیترات (Maximum Residue Limits – MRLs) در انواع مختلف سبزی‌ها، میوه‌ها و محصولات ریشه‌ای نموده‌اند، تا توازنی میان افزایش تولید و تضمین سلامت مصرف‌کننده برقرار گردد.
عوامل موثر بر تجمع نیترات در محصولات کشاورزی
عوامل محیطی مانند دمای بالا، شدت نور کم و استرس‌های رطوبتی می‌توانند باعث افزایش نیترات به‌ویژه در محصولات گلخانه‌ای شوند. به‌علاوه، مقدار نیترات در ساعات ابتدایی صبح بیشتر است، بنابراین برداشت محصولات در عصر می‌تواند میزان نیترات باقی‌مانده را کاهش دهد. آبیاری‌های نامنظم و دوره‌های خشکی نیز سبب افزایش تجمع نیترات در گیاهان می‌شوند (مرادی و همکاران، ۱۳۹۲).
شکل ۲- اثر برخی از عوامل مؤثر در جذب و تجمع نیترات در کشاورزی. فلش قرمز معادل اثر افزایشی بر تجمع نیترات و فلش آبی معادل اثرکاهشی بر تجمع نیترات در محصولات است.
دلایل تجمع نیترات
- مصرف بیش از نیاز کودهای نیتروژنه و در نتیجه افزایش عناصر در خاک و افزایش جذب آن توسط گیاه بدون نیاز به مصرف از آن برای تولید محصول
- روش نامناسب کوددهی
- کوددهی در زمان‌های نامناسب، به‌ویژه پس از گلدهی
- بکاریگیری کودهای نامطلوب، دارای ناخالصی و درصد عناصر غیراستاندارد
- عوامل محیطی مانند نور کم و دمای بالا
- عدم جذب مناسب نیتروژن به دلیل کمبود عناصر ریزمغذی نظیر مولیبدن، مس، روی و بور
راهکارهای کاهش تجمع نیترات در گیاهان
یکی از اصلی‌ترین دلایل افزایش نیترات در اندام‌های خوراکی سبزی‌ها، دسترسی بالای گیاه به نیترات خاک و مصرف بی‌رویه کودهای نیتروژنه است. به همین دلیل، مدیریت صحیح و علمی مصرف کودهای نیتروژنه، کلید اصلی در کاهش غلظت نیترات در این محصولات محسوب می‌شود (جمشیدی و سیلسپور، ۱۴۰۱). در این راستا، رعایت نکات زیر توصیه می‌شود:
- محصولات کشاورزی به شیوه سالم و با مصرف بهینه کودهای شیمیایی کشت شوند.
- کودهای حاوی نیتروژن باید با دقت و بر اساس نیاز واقعی گیاه مصرف شوند. مقدار مصرف نیز نباید از حدود ۲۰۰ کیلوگرم نیتروژن خالص در هر هکتار تجاوز کند. این عدد بسته به مقدار مواد آلی خاک ممکن است کمتر شود، بنابراین آزمون خاک پیش از کشت بسیار اهمیت دارد.
- به جای مصرف یک‌باره کود نیتروژنه، این نوع کود باید در چند نوبت و متناسب با مراحل رشد گیاه مصرف شود تا جذب آن بیشتر و باقی‌مانده نیترات در گیاه کمتر شود. این روش می‌تواند بازده مصرف کود را تا ۵۰% افزایش دهد.
- استفاده از کودهای کندرها مانند اوره با پوشش گوگردی در زمان‌های خاص نیاز گیاه، می‌تواند به کاهش آزادسازی سریع نیترات کمک کند. این کودها به‌دلیل رهاسازی کند، به آهستگی مصرف می‌شوند و نیترات کمتری در خاک باقی می‌گذارند و از تجمع بیش‌ازحد آن جلوگیری می‌کنند. میزان کود مصرفی با تجمع نیترات در گیاهان ارتباط مستقیم دارد. به‌عنوان مثال، افزایش کود نیتروژنه از ۹۰ به ۱۲۰ کیلوگرم در هکتار در مزارع سیب‌زمینی می‌تواند مقدار نیترات موجود در غده را تا ۵ برابر افزایش دهد.
- بهره‌گیری از کودهای آلی (کمپوست و کود دامی پوسیده) و همچنین کودهای زیستی مانند باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن، به‌ویژه نیتروژنوباکتر، ضمن کاهش مصرف کودهای شیمیایی، موجب افزایش رشد ریشه، بهبود عملکرد و مقاومت گیاه در برابر بیماری‌های خاک‌زاد می‌شود. تلقیح بذر با این میکروارگانیسم‌ها پیش از کاشت پیشنهاد می‌شود.
- استفاده از کودهای آمونیومی به جای نیتراته (توصیه به مصرف سولفات آمونیوم در مقایسه با اوره) و به‌ویژه استفاده به صورت نواری در کنار ردیف‌های کاشت، به مدیریت بهتر نیتروژن کمک می‌کند.
- محلول‌پاشی با کودهای حاوی نیتروژن در صورت نیاز، می‌تواند روش کمکی مؤثری باشد.
- روش آبیاری همراه با کود (کودآبیاری) نیز باعث توزیع دقیق‌تر کود و کاهش مصرف بی‌رویه خواهد شد.
- تغذیه متعادل با در نظر گرفتن فسفر، پتاسیم و عناصر کم‌مصرف مانند مولیبدن، مس، روی و بور
ظاهر جذاب میوه‌ها همیشه نشانه کیفیت و سلامت آنها نیست
در هنگام خرید، معمولاً به‌دنبال میوه‌های درشت و خارج از انداره طبیعی هستیم، اما باید بدانیم که مصرف کودهای نیتراته برای افزایش رشد ظاهری میوه، ممکن است منجر به تجمع نیترات در بافت‌های داخلی آن شود بدون آنکه از بیرون قابل تشخیص باشد. این تجمع می‌تواند از نظر تغذیه‌ای زیان بار و در صورت مصرف زیاد، موجب مسمومیت شود (مرادی و همکاران، ۱۳۹۲).
منابع
جمشیدی، ب و سیلسپور. (۱۴۰۱). راهنمای سنجش و مدیریت نیترات در سبزی‌ها. سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی.
مرادی، پ. امجدیان، ا. ع و کاشی، ع. (۱۳۹۲). تجمع نیترات در گیاهان و خاک و عوارض آن در سیکل زندگی و محیط زیست موجودات زنده. اولین همایش ملی گیاهان دارویی و کشاورزی پایدار.
Colla G, Kim H-J, Kyriacou MC, Rouphael Y. Nitrate in fruits and vegetables. Scientia Horticulturae 2018; 237: 221-238
Liu, X., Hu, B., & Chu, C. (2022). Nitrogen assimilation in plants: current status and future prospects. Journal of Genetics and Genomics, 49(5), 394-404.
Alexander, J., Benford, D., Cockburn, A., Cravedi, J.-P., Dogliotti, E., Domenico, A. D., . . . Galli, C. (2008). Nitrate in vegetables Scientific Opinion of the Panel on Contaminants in the Food chain. European Food Safety Authority, 689, 1-79.
Rathod, K. S., Velmurugan, S., & Ahluwalia, A. (2016). A ‘green’diet‐based approach to cardiovascular health? Is inorganic nitrate the answer? Molecular Nutrition & Food Research, 60(1), 185-202.
Hmelak Gorenjak, A., & Cencič, A. (2013). Nitrate in vegetables and their impact on human health. A review. Acta Alimentaria, 422(2), 172-158.
Wiedenhoeft, A. C. (2006). Plant nutrition: Infobase Publishing.
Gangolli SD, Van Den Brandt PA, Feron VJ, Janzowsky C, Koeman JH, Speijers GJ, Spiegelhalder B, Walke r R, Wishnok JS. 1994. Nitrate, nitrite and N -nitroso compounds. European Journal of Pharmacology: Environmental Toxicology and Pharmacology . 292(1): 1 -38.
Marschner, H. (1995). Functions of mineral nutrients: Micronutrients, Mineral Nutrition of higher plants , Marschner, H., Ed.