Cultivos Tropicales Vol. 43, No. 3, julio-septiembre, 2022, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Evaluación de la residualidad de nitratos en lechuga (Lactuca sativa L.) regadas con distintas concentraciones del anión

 

iDDarío Nicolás-Barrios*✉:mariyfran077@hotmail.com

iDSilvia Carlota-Rodríguez

iDMaría de las Mercedes Yfran-Elvira


Universidad Nacional del Nordeste (UNNE). Sargento Cabral 2131, CP 3400 Corrientes, Argentina

 

*Autor para correspondencia: mariyfran077@hotmail.com

RESUMEN

En la provincia de Corrientes, Argentina, el cultivo de lechuga representa el 54 % del total entregado a nivel nacional, pero también presenta la problemática de altas concentraciones de nitratos en agua utilizada para riego y consumo. El objetivo del presente trabajo fue determinar la residualidad de nitratos en hoja de lechuga (Lactuca sativa L.) var Brisa y parámetros de crecimiento de plantas regadas con agua conteniendo distintas concentraciones de nitrato. El ensayo se realizó en invernadero, en un suelo Udipsament árgico, en macetas de 3 L. Los tratamientos, con cinco repeticiones, fueron: T0 (testigo): las macetas fueron regadas con agua que contenía 0 mg de NO3 -L-1, T1: macetas regadas con agua que contenía 25 mg de NO3 -L-1, T2: regadas con 50 mg de NO3 - L-1, T3: regadas con 75 mg de NO3 -L-1, T4: regadas con agua conteniendo 100 mg de NO3 -L-1. Las lechugas, producidas en periodo invernal y que recibieron nitrato mediante el riego, presentaron mayor concentración de nitrato foliar respecto del testigo. Además, el riego con 100 ppm de nitratos se asoció con la concentración de nitrato foliar, masa seca de la planta entera, masa seca parte aérea de la planta y con la longitud de hojas. Mientras que, el testigo y tratamiento con aporte de 25 ppm de nitrato se asociaron con el número de hojas. Las lechugas producidas con riego con 75 y 100 ppm de nitratos tuvieron valores de nitrato foliar que superan considerablemente los estándares, por lo que no son aptas para consumo humano.

Palabras clave: 
abonos nitrogenados, crecimiento, hortalizas de hoja, salud pública

Received: 23/7/2021; Accepted: 30/10/2021

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

A nivel mundial la lechuga (Lactuca sativa L.) es el cultivo de mayor importancia económica entre las hortalizas de hojas, debido a la posibilidad de ser cultivado todo el año, bajo diferentes sistemas de producción (11. Velasco J, Aguirre G, Ortuño N. Humus líquido y microorganismos para favorecer la producción de lechuga Lactuca sativa var. Crespa) en cultivo de hidroponía. Journal of the Selva Andina Biosphere. 2016;4(2):71-83.). Esta hortaliza se cultiva generalmente en suelos regados, principalmente por surcos, estando asociado a un gran consumo de agua. Las características higiénico-sanitarias del agua y los alimentos, se ve comprometida por la presencia de cantidades excesiva de nitratos (NO3 -) (22. FAO. Small-scale aquaponic food production [Internet]. Roma, Italia: Fisheries and Aquaculture Technical Paper.; 2014 [cited 18/04/2022]. 22 p. Available from: https://silo.tips/download/small-scale-aquaponic-food-production ), problema generado por el uso excesivo de abonos nitrogenados.

El consumo de altos contenidos de nitrato en la dieta humana es peligroso, debido a que este ion contribuye a enfermedades como la metahemoglobinemia, que causa la disminución de la capacidad de transporte de oxígeno de los glóbulos rojos; ocasionando una disminución del oxígeno en los órganos y tejidos de todo el cuerpo, con daños en ellos e incluso, la muerte. También produce problemas gástricos, daño renal, desórdenes neurológicos e incluso el cáncer, efectos que se pueden notar en un periodo de mediano a largo plazo y ocasionan mayor afectación en menores de seis meses (33. Bolaños-Alfaro JD, Cordero-Castro G, Segura-Araya G. Determinación de nitritos, nitratos, sulfatos y fosfatos en agua potable como indicadores de contaminación ocasionada por el hombre, en dos cantones de Alajuela (Costa Rica). Revista Tecnología en Marcha. 2017;30(4):15-27.,44. Donoso R, Cortés S. Exposición a nitratos en agua y su relación con disfunción de la glándula tiroides: revisión sistemática ¿Existen riesgos para la salud de la población? Revista médica de Chile. 2018;146(2):223-31.).

Las hortalizas, en particular las de hoja, acumulan contenidos de nitratos mayores a otros tipos de alimentos (11. Velasco J, Aguirre G, Ortuño N. Humus líquido y microorganismos para favorecer la producción de lechuga Lactuca sativa var. Crespa) en cultivo de hidroponía. Journal of the Selva Andina Biosphere. 2016;4(2):71-83.,55. Pascale A, Echevarren V, Pan M, Forteza C, García A. Metahemoglobinemia relacionada con ingesta de puré de acelgas. Archivos de Pediatría del Uruguay. 2017;88(6):335-40.,66. Seifu YW. Nitrate content in minimally processed lettuce (Lactuca sativa L.) as affected by fluorescent light exposure during storage. J. Plant Biochem. Physiol. 2017;5(2):1-5.). A causa de esta problemática, se establecen límites de concentración de NO3 - en hojas de hortalizas, por encima de los cuales su consumo no sería recomendable (77. Ministry of Agriculture, Food and Fisheries, MAFF. Nitrate in lettuce and spinach. [Internet]. Food surveillance information sheet 177; 1999. Available from: https://scholar.google.com/scholar?cluster=13751483539224059039&hl=es&as_sdt=2005&sciodt=0,5 ,88. Codigo Alimentario Argentino. Bebidas hídricas, agua y agua gasificada. Agua potable. [Internet]. 2010 [cited 18/04/2022]. Available from: http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/marco/CAA/Capitulo_12.php ). En varios países europeos se ha fijado un límite de 2500-4500 mg NO3 - kg-1 de masa fresca del vegetal para que pueda ser destinado al consumo (99. European Comission Regulation. Regulation 2011/1258 - Amendment of Regulation (EC) No 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs [Internet]. - European Commission Commission Regulation - [EU] 2011. No 1258/2011 of 2 December 2011 amending Regulation (EC) No. 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs. Off. J. Eur. Union. 2011; L 320: 15-17.; 2011 [cited 18/04/2022]. Available from: https://www.eumonitor.eu/9353000/1/j9vvik7m1c3gyxp/vivb6glpi8zv ). La lechuga, consumida en ensaladas, es una de las especies con mayor tendencia a alcanzar alta concentración de NO3 - en hojas y nervaduras (1010. Bahadoran Z, Mirmiran P, Jeddi S, Azizi F, Ghasemi A, Hadaegh F. Nitrate and nitrite content of vegetables, fruits, grains, legumes, dairy products, meats and processed meats. Journal of Food Composition and Analysis. 2016;51:93-105.), lo cual varía entre genotipos (1111. Campos-García T, Sánchez-García P, Alcántar-González G, Calderón-Zavala G. Respuesta agronómica y nutrimental de fresa a soluciones nutritivas con diferente relación NH 4+/NO 3-. Revista mexicana de ciencias agrícolas. 2016;7(3):599-606.) y la estación de cultivo (1212. Fu Y, Li H, Yu J, Liu H, Cao Z, Manukovsky NS, et al. Interaction effects of light intensity and nitrogen concentration on growth, photosynthetic characteristics and quality of lettuce (Lactuca sativa L. Var. youmaicai). Scientia horticulturae. 2017;214:51-7.,1313. Wencomo-Cárdenas HB. Actividad de la enzima nitrato reductasa en plántulas de Jatropha curcas L. bajo diferentes porcentajes de sombra. Pastos y Forrajes. 2019;42(4):268-76. ).

En Argentina, específicamente la provincia de Corrientes, tiene una participación importante en la comercialización de lechuga, representando el 54 % del total entregado a nivel nacional; mientras que, Buenos Aires tiene el 20 % y Santa Fe el 15 %. El volumen promedio a lo largo de todo el año es de 980 toneladas, el mayor volumen de producción se obtiene entre los meses de octubre y febrero. Vale aclarar que la participación de Corrientes es relativamente constante en el año, sin embargo, Buenos Aires entra con su producción entre noviembre y marzo (1414. Molina NA, Maina M, Parrens G. La comercialización en los mercados concentradores. El caso del Mercado de Corrientes. En: Día de Campo Hortícola INTA - Estación Experimental Agropecuaria Bella Vista- Centro Regional Corrientes. Argetina: Publicación Técnica No Publicación EEA Bella Vista; 2009. p. 14-28.).

En trabajos realizados por investigadores de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) con productores Hortícolas de Corrientes, encontraron concentraciones de NO3 - de entre 10,65 y 240,65 mg L-1 en muestras de agua utilizadas para riego y consumo (1515. Rodríguez SC, De Asmundis CL, Martínez GC. Variaciones estacionales de las concentraciones de fosfatos y nitratos en distintas fuentes de aguas de pequeños productores hortícolas. Agrotecnia. 2016;(24):30-4.). Debido a que el productor utiliza el agua de la fuente de abastecimiento de su chacra (perforación) sin hacer, en muchos casos, un análisis previo de la misma, el objetivo de este trabajo fue determinar la residualidad de nitratos en hoja de lechuga (Lactuca sativa L.) var Brisa, regadas con agua conteniendo distintas concentraciones de nitrato.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

El presente estudio se llevó a cabo en el invernadero y el laboratorio de Química Analítica de la Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) Corrientes, Argentina. El suelo utilizado en este ensayo corresponde a un Udipsament árgico, perteneciente a la serie Ensenada Grande (1616. Escobar EH, Ligier HD, Matteio HR. Atlas de Suelos de la República Argentina. Provincia de Corrientes. escala 1: 500.000. [Internet]. Castelar, Buenos Aires: Secretaría de Agricultura, Ganadería y Pesca. Proyecto PNUD ARG. 85/019. CIRN. INTA; 1988. Available from: https://catalogoagronomia.uns.edu.ar/cgi-bin/opacmarc/wxis?IsisScript=opac/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=agrono&curr=1&total=5&cid=/tmp/filet2GVYJ ), proveniente del Campo Experimental de la Facultad de Ciencias Agrarias, UNNE; (27°28’23.36”S y 58°47’3.36”O), con temperaturas media, máxima media y mínima media de 25,7; 31,3 y 20,9 °C, en el período estival y de 19, 23.9 y 14.9 °C, en el período invernal.

Las características químicas del suelo se visualizan en la Tabla 1.

Tabla 1.  Características químicas del suelo proveniente del Campo Experimental de la Facultad de Ciencias Agrarias, UNNE Corrientes, Argentina
MO (g kg-1) N (g kg-1) P (ppm) K (cmol kg-1) Ca (cmol kg-1) Mg (cmol kg-1) pH (H2O) Clase textural
0,66 0,03 6,40 0,23 2,94 0,80 6,76 Arenoso

La determinación cuantitativa de la MO del suelo se realizó por el método de Walkey y Black, la del P por el método Bray Kurtz I, el K por fotometría de llama, el Ca y el Mg por complexometría EDTA. El pH se midió potenciométricamente en una mezcla de suelo y agua en relación 1:2,5

El análisis fisicoquímico del agua a utilizar en el ensayo se realizó en el laboratorio de Química Analítica (UNNE) y se muestran los resultados en la Tabla 2.

Tabla 2.  Características físicas y químicas del agua utilizada para preparar las soluciones de riego de los tratamientos
pH 5,97
Conductividad (µS cm-1) 286
Alcalinidad (mg L-1 CaCO3) 46
Nitratos (mg L-1) N/D
Calcio (mg L-1) 24
Magnesio (mg L-1) 12
Dureza (mg L-1) 110,10
Sulfato (mg L-1) 2,87
Sodio (mg L-1) 0,06
Potasio (mg L-1) 2,93
Fosfato (mg L-1) N/D

n/d- no disponible

Para el análisis de agua se usaron los siguientes métodos

 

pH: por Potenciometría, usando un peachimetro equipado con un electrodo de vidrio combinado, determinación “in situ”; Conductividad eléctrica (Ce): por Conductimetría, empleando un conductímetro estandarizado a 25 ºC; Calcio y Magnesio: por Volumetría de Formación de complejos (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Dureza Total: por Volumetría de Formación de complejos (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Cloruros: por Volumetría de precipitación, Método de Mohr (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Sulfato: por Turbidimetría (Método ASTM D 516-90) (1818. ASTM D 1995. Standard test methods for sulfate ion in water [Internet]. PDFCOFFEE.COM. 1995 [cited 19/04/2022]. Available from: https://pdfcoffee.com/astm-d-516-pdf-free.html ); Sodio y Potasio: por espectrometría de absorción atómica (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Fósforo: por Espectrofotometría de Absorción molecular, utilizando el método del azul de molibdeno (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Nitrato: por Espectrofotometría de Absorción molecular, por el método del salicilato de sodio (1919. Rodríguez SC, Fernández JA, Martínez G. Validación Interna de un método para la Determinación de Nitratos en Agua. En: XX Congreso Nacional del Agua. III Simposio de Recursos Hídricos del Cono Sur. [Internet]. Provincia de Mendoza, República Argentina; 2005. Available from: https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstream/handle/ucordoba/3041/Pretelt%20y%20Socarras..pdf?sequence=1&isAllowed=y ).

Manejo de cultivo

 

Primeramente, se realizó una desinfección del suelo mediante solarización (2020. Cuellas M, Amoia P, Delmazzo P. Efecto de diferentes tratamientos de desinfección del suelo sobre las propiedades edáficas. Chilean journal of agricultural & animal sciences. 2019;35(1):26-37.) durante tres meses. Posteriormente, se realizó la siembra de la lechuga (Lactuca sativa L. var Brisa), en macetas de 3 L de capacidad, a una profundidad de 0,3 cm (longitud de la semilla), considerando que la profundidad de siembra debe ser la mínima posible. Se utilizaron los siguientes tratamientos con cinco repeticiones:

  • T0 (testigo): las macetas fueron regadas con agua que contenía 0 mg de NO3 -L-1

  • T1: macetas regadas con agua que contenía 25 mg de NO3 -L-1

  • T2: regadas con 50 mg de NO3 - L-1

  • T3: regadas con 75 mg de NO3 -L-1

  • T4: regadas con agua conteniendo 100 mg de NO3 -L-1

Las soluciones utilizadas se prepararon con KNO3 -, disolviendo en agua corriente la cantidad correspondiente a la dosis de cada tratamiento.

Las plantas se mantuvieron en el invernáculo de la Facultad de Ciencias Agrarias (UNNE), con temperaturas medias de 26 ºC y, conociendo la capacidad de campo y la masa de la maceta, se mantuvo por gravimetría la humedad del suelo al 80 % de la capacidad de campo mediante riego con probeta, restituyendo la misma cada vez que se registraba descenso de la masa total de la maceta.

El ensayo se inició con la siembra de las semillas en el mes de abril, colocando cuatro semillas por maceta. El primer riego se realizó con agua corriente, sin agregado de NO3 -, a fin de asegurar la germinación de las plántulas, debidas al incremento de potencial osmótico que pueda generar el anión.

A los 13 días se realizó el raleo de las plántulas y repique a las macetas que presentaron fallas, a fin de que cada maceta cuente con una planta, y para cada tratamiento corresponden 5 plantas en macetas individuales. Durante este periodo, el riego se realizó con agua corriente, sin agregado del anión.

A los tres días del raleo y posterior repique, se observaron todas las macetas con plantas establecidas y se procedió a iniciar el riego con la solución correspondiente a cada tratamiento.

Parámetros evaluados

 

Análisis foliar de lechuga: se cosechó de manera escalonada, en función del desarrollo de las plantas. La primera cosecha se llevó a cabo a los 60 días de la siembra y 12 días después se realizó otra, finalizando con el total de plantas, identificándose cada una. Se procedió a medir la masa fresca y luego se secó el material, en estufa a una temperatura no mayor de 60 ºC. Una vez seco, el material fue molido en mortero hasta obtener un tamaño adecuado de partícula.

La determinación de nitratos en hojas de lechuga, utilizando el método colorimétrico por nitración con ácido salicílico (2121. Cataldo DA, Maroon M, Schrader LE, Youngs VL. Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissue by nitration of salicylic acid. Communications in soil science and plant analysis. 1975;6(1):71-80.), cuya fundamentación es la siguiente: el complejo formado por nitración de ácido salicílico bajo condiciones fuertemente ácidas presenta máxima absorción a una longitud de onda de 410 nm en soluciones básicas (pH>12). La absorbancia del cromóforo es directamente proporcional a la cantidad de N-NO3 -.

Se trabaja en tubos con muestra y contramuestra, para eliminar el efecto de la absorción provocada por los pigmentos vegetales y así cuantificar solamente la absorbancia del complejo formado. A continuación, se detalla el procedimiento seguido.

  • Extracción del N-NO3 -: mediante ebullición de 0,5 g de muestra en 50 mL de agua destilada durante 30 minutos.

  • Filltración y transferencia cuantitativa a matraz de 50 mL.

  • Pipeteo de alícuotas de 0,2 mL de extracto por duplicado en tubos de vidrio de 25 mL (tubo testigo y tubo problema).

  • Adición al tubo problema de 0,8 mL de solución de ácido salicílico al 5 % (p/v) en ácido sulfúrico concentrado. Adición de 0,8 mL de ácido sulfúrico concentrado al tubo testigo.

  • Adición lenta, transcurridos 20 minutos, de 19 mL de solución NaOH 2N a cada tubo.

  • Desarrollo de color durante 24 horas (color estable hasta 72 hs).

  • Preparación de soluciones patrón de nitrato con 10, 20, 30, 40, 50, 75 y 100 mg g-1 a partir de una solución madre de 1000 mg NO3K g-1.

  • Pipeteo de alícuotas de 0,2 mL de las soluciones patrón. Adición a cada tubo de los mismos reactivos que para el tubo problema.

  • Lectura de la absorbancia de las soluciones patrón en un espectrofotómetro de doble haz a longitud de onda = 410 nm. Con los valores obtenidos se ajusta una recta de regresión y se calcula el coeficiente angular (m) para establecer la concentración del N-NO3 en las muestras problema.

  • Lectura de la absorbancia de cada muestra con su blanco.

También se evaluaron variables de crecimiento: altura de plantas, masa seca de la planta entera y masa seca de la parte aérea, número de hojas y longitud de hoja.

Diseño estadístico

 

Se trabajó con un diseño experimental de bloques completos al azar con cinco repeticiones. Los datos obtenidos fueron sometidos a las pruebas de normalidad mediante prueba de bondad de ajuste con el estadístico Shapiro-Wilks modificado (α=0,05) y se analizaron estadísticamente mediante ANOVA y prueba de Duncan (p≤0,05), utilizando el software Infostat (2222. Di Rienzo JA, Casanoves F, Balzarini MG, Gonzalez L, Tablada M, Robledo CW. Infostat versión 2018. Córdoba, Argentina: Universidad Nacional de Córdoba [Internet]. 2018. Available from: http://www.infostat.com.ar/ ). Para analizar la interdependencia de variables se realizó un análisis de componentes principales (ACP) y se estandarizaron los datos para realizar el análisis sobre la matriz de correlación de las variables.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

El análisis de las características químicas del suelo utilizado en el ensayo mostró valores de materia orgánica muy bajos (<0,7 %), según el tipo de textura del suelo, por lo que no estaría aportando nitratos al suelo/cultivo (Tabla 1), ya que el valor de materia orgánica es utilizado como indicador de la fertilidad del suelo (2323. Villar EM, Rodríguez MSA. Fertilidad del suelo y parámetros que la definen [Internet]. 3ra ed. Universidad de La Rioja; 2022 [cited 19/04/2022]. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/libro?codigo=267902 ). Los niveles bajos de nutrientes en el suelo provocan que las plantas adquieran menor crecimiento; aun así, esto no debería influir en el objetivo final del trabajo.

En cuanto al agua utilizada, los principales parámetros que definen el riesgo del uso de un determinado tipo de agua son el contenido salino y la conductividad eléctrica. Cuando el contenido salino es mayor a 2 g L-1 o presenta conductividad eléctrica mayor a 3,105 µS cm-1, los problemas de salinidad pueden ser muy graves (2424. Saavedra G, Corradini F, Antúnez A. Manual de producción de lechuga [Internet]. Santiago, Chile: Instituto de Investigaciones Agropecuarias/ No 9; 2017. Available from: https://biblioteca.inia.cl/bitstream/handle/20.500.14001/6703/Bolet%c3%adn%20INIA%20N%c2%b0%20374?sequence=1&isAllowed=y ). Según el análisis del agua utilizada para el ensayo, muestra que la misma no trae aparejado riesgo alguno de salinidad, ya que los valores obtenidos están por debajo de los parámetros de referencia (88. Codigo Alimentario Argentino. Bebidas hídricas, agua y agua gasificada. Agua potable. [Internet]. 2010 [cited 18/04/2022]. Available from: http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/marco/CAA/Capitulo_12.php ). También, se destaca que el agua no contiene nitratos en solución, por lo que no estaría modificando lo aportado en cada tratamiento.

Concentraciones de nitratos en las hojas de lechuga

 

El análisis realizado a las hojas de lechuga mostró diferencias significativas entre todos los tratamientos (Figura 1), registrándose un aumento proporcional del contenido de nitrato foliar, en función de la dosis aportada de nitrato en los distintos tratamientos. El tratamiento testigo (sin aporte de nitrato) arrojó los valores significativamente menores, diferenciándose de los tratamientos 1, 2 y 3, con valores intermedios y del tratamiento 4, que presentó los valores significativamente mayores. La concentración de nitrato en lechuga regadas con distintas concentraciones de nitrato, fue mayor a lo obtenido en investigaciones anteriores (2525. Quispe EWA, Figueras MLT, Pezoa AB, Laguna OT, Gonzales JW, Contreras VHE. Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (Lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico e hidropónico. Anales Científicos. 2018;79(1):101-10. doi:10.21704/ac.v79i1.1145 ) donde se registraron 1 079 mg kg-1 de nitrato foliar en lechuga var. Acephala, cv Levistro, en lechugas var. Capitata cv. Española, cultivada con residuos de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss).

[T0: testigo; T1: solución 25 ppm de nitrato; T2: solución 50 ppm de nitrato; T3: solución 75 ppm de nitrato; T4: solución 100 ppm de nitrato]. Los valores representan la media de cinco repeticiones. Letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05) según la prueba de Duncan. Error Estándar (E.E.): T0: 6,04; T1: 2,95; T2: 2,53; T3: 1,92; T4: 0,97
Figura 1.  Concentración de nitratos en hojas de lechuga regadas con diferentes concentraciones de nitratos

Los resultados indican valores muy por encima de 4 000 mg kg-1 de NO3 - foliar en los tratamientos con aporte de 75 y 100 ppm de nitrato en el agua de riego, superando considerablemente los valores máximos de nitrato en lechugas (Tabla 3), por lo que su uso en alimentación humana podría acarrear problemas de salud. La concentración de nitratos en la planta es un estado dinámico y representa la diferencia entre la absorción y la asimilación. Cuando la absorción de nitratos excede a la asimilación se pueden acumular en las vacuolas de las células de los vegetales. El nitrato que se incorpora mediante el riego se vio reflejado en los resultados. Por lo tanto, la calidad del agua, en cuanto a la concentración de nitratos, va incidir en su acumulación en las plantas de lechuga. Así, cuanto mayor es la concentración de nitratos en el agua de riego, mayor es la posibilidad de acumulación en el cultivo. Se destaca que también, se han reportado en la región contaminaciones del agua subterránea con nitratos (2626. Rodríguez S, Yfran Elvira M, Peralta H. Caracterización del agua para diferentes usos de productores de las Ferias Francas del departamento de San Roque, provincia de Corrientes, Argentina. VirtualPro.co, Colombia [Internet]. 2020 [cited 19/04/2022];(220). Available from: https://www.virtualpro.co/biblioteca/caracterizacion-del-agua-para-diferentes-usos-de-productores-de-las-ferias-francas-del-departamento-de-san-roque-provincia-de-corrientes-argentina- ). Así, el exceso de nitratos, no solo se puede acumular en las hojas de los cultivos, sino que también pueden convertirse en un riesgo de contaminación del medio ambiente.

Tabla 3.  Contenidos máximos de nitrato en lechuga regulados por la Comisión Europea
Cultivo Periodo de cosecha mg de NO3 - kg-1
Lechuga (Lactuca sativa L) Cosechadas entre 1 octubre y 31 marzo:
Cultivadas en invernadero 4500
Cultivadas al aire libre 4000
Cosechadas entre 1 abril y 30 septiembre:
Cultivadas en invernadero 3500
Cultivadas al aire libre 2500

El Análisis de Componentes Principales (ACP) y Biplot de las variables de crecimiento analizadas y la concentración de nitratos en hojas explicaron en dos componentes el 80,1 % de la asociación entre las variables. Las componentes principales 1 y 2 (CP 1, CP 2) representan el 51,7 % y el 30,4 %, respectivamente, de la variación total (Figura 2).

El tratamiento con mayor aporte de nitrato (100 ppm de nitrato (T4)), presentó mayor asociación con la concentración de nitrato foliar, favoreciendo una acumulación de nitratos elevada en los tejidos y el crecimiento medido a través de los parámetros longitud de hoja, masa seca de la planta entera y masa seca de la planta sin raíz.

Es importante mencionar que este tratamiento consideró un aporte de nitrato excesivo para el cultivo, lo que en la práctica es extremadamente perjudicial para su cultivo y el medio ambiente, por tanto, se debe determinar un aporte de nitrato que logre un balance en términos de rendimiento, calidad, inocuidad y cuidado del medio ambiente.

Resultados similares registraron (2727. Urlić B, Jukić Špika M, Becker C, Kläring H-P, Krumbein A, Goreta Ban S, et al. Effect of NO3 and NH4 concentrations in nutrient solution on yield and nitrate concentration in seasonally grown leaf lettuce. Acta agriculturae scandinavica, section b-soil & plant Science. 2017;67(8):748-57.,2828. Lara-Izaguirre AY, Rojas-Velázquez AN, Romero-Méndez MJ, Ramírez-Tobías HM, Cruz-Crespo E, Alcalá-Jáuregui JA, et al. Crecimiento y acumulación de NO3-en lechuga hidropónica con relaciones nitrato/amonio en dos estaciones de cultivo. Revista fitotecnia mexicana. 2019;42(1):21-9.) en plantas de lechuga, donde con mayor aporte de nitrato aumentó el crecimiento y contenido de nitrato foliar.

La aplicación de nitrato en concentraciones 50 y 75 ppm no se asoció a ningún parámetro de crecimiento de las plantas; sin embargo, el testigo (T0) y el tratamiento con aporte de 25 ppm de nitrato (T1) se asoció al número de hojas.

[T0: testigo; T1: solución 25 ppm de nitrato; T2: solución 50 ppm de nitrato; T3: solución 75 ppm de nitrato; T4: solución 100 ppm de nitrato]
Figura 2.  Biplot resultante del Análisis Componentes Principales (ACP) de las variables de crecimiento y concentración de nitrato foliar en los cinco tratamientos probados

CONCLUSIONES

 
  • El aporte de distintas concentraciones de nitrato mediante riego en plantas de lechuga, incide en mayor residualidad de nitrato foliar respecto del testigo, sin aporte de nitrato.

  • El riego con 100 ppm de nitratos se asocia con la concentración de nitrato foliar y los parámetros de crecimiento, masa seca de la planta entera y masa seca de la planta sin raíz y longitud de las hojas.

  • El contenido de nitrato en hojas de lechugas regadas con agua conteniendo nitrato de 75 y 100 ppm superaron el contenido de nitrato foliar máximo exigido en los países miembros de la Comunidad Europea, lo que indicaría que no son aptas para consumo humano.

BIBLIOGRAFÍA

 

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Cultivos Tropicales Vol. 43, No. 3, julio-septiembre, 2022, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Evaluation of nitrate residual in lettuce irrigated with different concentrations of the anion

 

iDDarío Nicolás-Barrios*✉:mariyfran077@hotmail.com

iDSilvia Carlota-Rodríguez

iDMaría de las Mercedes Yfran-Elvira


Universidad Nacional del Nordeste (UNNE). Sargento Cabral 2131, CP 3400 Corrientes, Argentina

 

*Author for correspondence: mariyfran077@hotmail.com

ABSTRACT

In Corrientes province, Argentina, lettuce cultivation represents 54 % of the total national crop, but also presents the problem of high nitrate concentrations in water used for irrigation and consumption. The aim of this study was to determine the nitrate residual in lettuce leaves (Lactuca sativa L.) var Brisa and growth parameters of plants irrigated with water containing different concentrations of nitrate. The trial was carried out in a greenhouse, in an Udipsament-argic soil, in 3 L pots. Treatments, with five replicates, were: T0 (control): pots were irrigated with water containing 0 mg NO3 -L-1, T1: pots irrigated with water containing 25 mg NO3 -L-1, T2: irrigated with 50 mg NO3 -L-1, T3: irrigated with 75 mg NO3 -L-1, T4: irrigated with water containing 100 mg NO3 -L-1. Lettuces, produced in winter period and that received nitrate through irrigation, presented higher foliar nitrate concentration compared to the control. In addition, irrigation with 100 ppm nitrate was associated with leaf nitrate concentration, whole plant dry mass, and plant aerial part dry mass and leaf length. While, the control and treatment with 25 ppm nitrate were associated with the number of leaves. Lettuces produced with irrigation with 75 and 100 ppm nitrate had leaf nitrate values that considerably exceeded the standards, making them unsuitable for human consumption.

Key words: 
nitrogen fertilizers, growth, leafy vegetables, public health

INTRODUCTION

 

Worldwide, lettuce (Lactuca sativa L.) is the most economically important crop among leafy vegetables, due to the possibility of being grown all year round, under different production systems (11. Velasco J, Aguirre G, Ortuño N. Humus líquido y microorganismos para favorecer la producción de lechuga Lactuca sativa var. Crespa) en cultivo de hidroponía. Journal of the Selva Andina Biosphere. 2016;4(2):71-83.). This vegetable is generally grown in irrigated soils, mainly in furrows, and it is associated with high water consumption. The hygienic-sanitary characteristics of water and food are compromised by the presence of excessive amounts of nitrates (NO3 -) (22. FAO. Small-scale aquaponic food production [Internet]. Roma, Italia: Fisheries and Aquaculture Technical Paper.; 2014 [cited 18/04/2022]. 22 p. Available from: https://silo.tips/download/small-scale-aquaponic-food-production ), a problem generated by the excessive use of nitrogen fertilizers.

The consumption of high nitrate content in the human diet is dangerous because this ion contributes to diseases such as methemoglobinemia, which causes a decrease in the oxygen transport capacity of red blood cells, causing a decrease of oxygen in organs and tissues throughout the body, with damage to them and even death. It also produces gastric problems, renal damage, neurological disorders and even cancer, effects that can be noticed in a medium to long term period and cause greater affectation in children under six months of age (33. Bolaños-Alfaro JD, Cordero-Castro G, Segura-Araya G. Determinación de nitritos, nitratos, sulfatos y fosfatos en agua potable como indicadores de contaminación ocasionada por el hombre, en dos cantones de Alajuela (Costa Rica). Revista Tecnología en Marcha. 2017;30(4):15-27.,44. Donoso R, Cortés S. Exposición a nitratos en agua y su relación con disfunción de la glándula tiroides: revisión sistemática ¿Existen riesgos para la salud de la población? Revista médica de Chile. 2018;146(2):223-31.).

Vegetables, particularly leafy vegetables, accumulate higher nitrate contents than other types of food (11. Velasco J, Aguirre G, Ortuño N. Humus líquido y microorganismos para favorecer la producción de lechuga Lactuca sativa var. Crespa) en cultivo de hidroponía. Journal of the Selva Andina Biosphere. 2016;4(2):71-83.,55. Pascale A, Echevarren V, Pan M, Forteza C, García A. Metahemoglobinemia relacionada con ingesta de puré de acelgas. Archivos de Pediatría del Uruguay. 2017;88(6):335-40.,66. Seifu YW. Nitrate content in minimally processed lettuce (Lactuca sativa L.) as affected by fluorescent light exposure during storage. J. Plant Biochem. Physiol. 2017;5(2):1-5.). Because of this problem, NO3 - concentration limits are established in vegetable leaves, above which their consumption would not be advisable (77. Ministry of Agriculture, Food and Fisheries, MAFF. Nitrate in lettuce and spinach. [Internet]. Food surveillance information sheet 177; 1999. Available from: https://scholar.google.com/scholar?cluster=13751483539224059039&hl=es&as_sdt=2005&sciodt=0,5 ,88. Codigo Alimentario Argentino. Bebidas hídricas, agua y agua gasificada. Agua potable. [Internet]. 2010 [cited 18/04/2022]. Available from: http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/marco/CAA/Capitulo_12.php ). In several European countries, a limit of 2500-4500 mg NO3 - kg-1 of fresh vegetable mass has been set for consumption (99. European Comission Regulation. Regulation 2011/1258 - Amendment of Regulation (EC) No 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs [Internet]. - European Commission Commission Regulation - [EU] 2011. No 1258/2011 of 2 December 2011 amending Regulation (EC) No. 1881/2006 as regards maximum levels for nitrates in foodstuffs. Off. J. Eur. Union. 2011; L 320: 15-17.; 2011 [cited 18/04/2022]. Available from: https://www.eumonitor.eu/9353000/1/j9vvik7m1c3gyxp/vivb6glpi8zv ). Lettuce, consumed in salads, it is one of the species with the greatest tendency to reach high NO3 - concentrations in leaves and ribs (1010. Bahadoran Z, Mirmiran P, Jeddi S, Azizi F, Ghasemi A, Hadaegh F. Nitrate and nitrite content of vegetables, fruits, grains, legumes, dairy products, meats and processed meats. Journal of Food Composition and Analysis. 2016;51:93-105.), which varies among genotypes (1111. Campos-García T, Sánchez-García P, Alcántar-González G, Calderón-Zavala G. Respuesta agronómica y nutrimental de fresa a soluciones nutritivas con diferente relación NH 4+/NO 3-. Revista mexicana de ciencias agrícolas. 2016;7(3):599-606.) and the growing season (1212. Fu Y, Li H, Yu J, Liu H, Cao Z, Manukovsky NS, et al. Interaction effects of light intensity and nitrogen concentration on growth, photosynthetic characteristics and quality of lettuce (Lactuca sativa L. Var. youmaicai). Scientia horticulturae. 2017;214:51-7.,1313. Wencomo-Cárdenas HB. Actividad de la enzima nitrato reductasa en plántulas de Jatropha curcas L. bajo diferentes porcentajes de sombra. Pastos y Forrajes. 2019;42(4):268-76. ).

In Argentina, specifically Corrientes province, has an important participation in the commercialization of lettuce, representing 54 % of the total delivered at national level; while Buenos Aires has 20 % and Santa Fe 15 %. The average volume throughout the year is 980 tons, the highest production volume is obtained between October and February. It should be noted that the participation of Corrientes is relatively constant throughout the year; however, Buenos Aires enters with its production between November and March (1414. Molina NA, Maina M, Parrens G. La comercialización en los mercados concentradores. El caso del Mercado de Corrientes. En: Día de Campo Hortícola INTA - Estación Experimental Agropecuaria Bella Vista- Centro Regional Corrientes. Argetina: Publicación Técnica No Publicación EEA Bella Vista; 2009. p. 14-28.).

In studies carried out by researchers from the Faculty of Agricultural Sciences of the National University of the Northeast (UNNE) with horticultural producers in Corrientes, they found NO3 - concentrations of between 10.65 and 240.65 mg L-1 in water samples used for irrigation and consumption (1515. Rodríguez SC, De Asmundis CL, Martínez GC. Variaciones estacionales de las concentraciones de fosfatos y nitratos en distintas fuentes de aguas de pequeños productores hortícolas. Agrotecnia. 2016;(24):30-4.). Due to the fact that the producer uses water from the supply source of his farm (borehole) without, in many cases, a previous analysis of it, the aim of this work was to determine the residual nitrate in lettuce leaves (Lactuca sativa L.) var Brisa, irrigated with water containing different nitrate concentrations.

MATERIALS AND METHODS

 

The present study was carried out in the greenhouse and the Analytical Chemistry laboratory of the Faculty of Agrarian Sciences, National University of the Northeast (UNNE) Corrientes, Argentina. The soil used in this trial corresponds to an arganic Udipsament, belonging to the Ensenada Grande series (1616. Escobar EH, Ligier HD, Matteio HR. Atlas de Suelos de la República Argentina. Provincia de Corrientes. escala 1: 500.000. [Internet]. Castelar, Buenos Aires: Secretaría de Agricultura, Ganadería y Pesca. Proyecto PNUD ARG. 85/019. CIRN. INTA; 1988. Available from: https://catalogoagronomia.uns.edu.ar/cgi-bin/opacmarc/wxis?IsisScript=opac/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=agrono&curr=1&total=5&cid=/tmp/filet2GVYJ ), from the Experimental Field of the Faculty of Agricultural Sciences, UNNE; (27°28'23.36 "S and 58°47'3.36 "W), with average, average maximum and average minimum temperatures of 25.7; 31.3 and 20.9 °C, in the summer period and 19, 23.9 and 14.9 °C, in the winter period.

The chemical characteristics of the soil are shown in Table 1.

Table 1.  Chemical characteristics of the soil from the Experimental Field of the Faculty of Agricultural Sciences, UNNE Corrientes, Argentina
OM (g kg-1) N (g kg-1) P (ppm) K (cmol kg-1) Ca (cmol kg-1) Mg (cmol kg-1) pH (H2O) Textural type
0,66 0,03 6,40 0,23 2,94 0,80 6,76 Sandy

Quantitative determination of soil OM was carried out by the Walkey and Black method, P by the Bray Kurtz I method, K by flame photometry, Ca and Mg by EDTA complexometry. The pH was measured potentiometrically in a mixture of soil and water in a 1:2.5 ratio.

The physicochemical analysis of the water to be used in the test was carried out at the Analytical Chemistry laboratory (UNNE) and results are shown in Table 2.

Table 2.  Physical and chemical characteristics of the water used to prepare the irrigation solutions for treatments
pH 5,97
Conductivity (µS cm-1) 286
Alkalinity (mg L-1 CaCO3) 46
Nitrates (mg L-1) N/A
Calcium (mg L-1) 24
Magnesium (mg L-1) 12
Hardness (mg L-1) 110,10
Sulfate (mg L-1) 2,87
Sodium (mg L-1) 0,06
Potassium (mg L-1) 2,93
Phosphate (mg L-1) N/A

n/a- not available

For water analysis, the following methods were used

 

pH: by Potentiometry, using a peachimeter equipped with a combined glass electrode, determination "in situ"; electrical conductivity (Ce): by Conductimetry, using a standardized conductivity meter at 25 ºC; Calcium and Magnesium: by Complex Formation Volumetry (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ). Total Hardness: by Complex Formation Volumetry (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Chlorides: by Precipitation Volumetry, Mohr Method (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Sulfate: by Turbidimetry (ASTM D 516-90 Method) (1818. ASTM D 1995. Standard test methods for sulfate ion in water [Internet]. PDFCOFFEE.COM. 1995 [cited 19/04/2022]. Available from: https://pdfcoffee.com/astm-d-516-pdf-free.html ); Sodium and Potassium: by atomic absorption spectrometry (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Phosphorus: by Molecular Absorption Spectrophotometry, using the molybdenum blue method (1717. American Public Health Association (APHA). 137th Annual Meeting [Internet]. Medscape. 2009 [cited 19/04/2022]. Available from: https://www.medscape.com/viewcollection/30548 ); Nitrate: by Molecular Absorption Spectrophotometry, by the sodium salicylate method (1919. Rodríguez SC, Fernández JA, Martínez G. Validación Interna de un método para la Determinación de Nitratos en Agua. En: XX Congreso Nacional del Agua. III Simposio de Recursos Hídricos del Cono Sur. [Internet]. Provincia de Mendoza, República Argentina; 2005. Available from: https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstream/handle/ucordoba/3041/Pretelt%20y%20Socarras..pdf?sequence=1&isAllowed=y ).

Culture management

 

First, the soil was disinfected by solarization (2020. Cuellas M, Amoia P, Delmazzo P. Efecto de diferentes tratamientos de desinfección del suelo sobre las propiedades edáficas. Chilean journal of agricultural & animal sciences. 2019;35(1):26-37.) for three months. Subsequently, lettuce (Lactuca sativa L. var Brisa) was planted in 3 L pots at a depth of 0.3 cm (seed length), considering that the planting depth should be the minimum possible. The following treatments with five replications were used:

  • T0 (control): pots were irrigated with water containing 0 mg NO3 -L-1.

  • T1: pots irrigated with water containing 25 mg of NO3 -L-1

  • T2: watered with 50 mg NO3 -L-1

  • T3: irrigated with 75 mg NO3 -L-1

  • T4: irrigated with water containing 100 mg NO3 -L-1

The solutions used were prepared with KNO3 -, dissolving in tap water the amount corresponding to the dose of each treatment.

Plants were kept in the greenhouse of the Faculty of Agricultural Sciences (UNNE), with average temperatures of 26 ºC and, knowing the field capacity and the mass of the pot, the soil moisture was maintained by gravimetry at 80 % of the field capacity by means of irrigation with a test tube, restoring it every time the total mass of the pot decreased.

The trial began with the sowing of the seeds in April, placing four seeds per pot. The first irrigation was carried out with tap water, without the addition of NO3 -, in order to ensure the germination of seedlings, due to the increase in osmotic potential that the anion can generate.

After 13 days, seedlings were thinned and repotted into the pots that presented failures, so that each pot had one plant, and for each treatment there were 5 plants in individual pots. During this period, irrigation was carried out with tap water, without the addition of anion.

Three days after thinning and subsequent repotting, all pots with established plants were observed and irrigation was started with the solution corresponding to each treatment.

Parameters evaluated

 

Leaf analysis of lettuce: lettuce was harvested in a staggered manner, according to the development of the plants. The first harvest was carried out 60 days after sowing and 12 days later another harvest was carried out, finishing with the total number of plants, identifying each one. The fresh mass was measured and then the material was dried in an oven at a temperature no higher than 60 ºC. Once dry, the material was ground in a mortar until a suitable particle size was obtained.

The determination of nitrates in lettuce leaves, using the colorimetric method by nitration with salicylic acid (2121. Cataldo DA, Maroon M, Schrader LE, Youngs VL. Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissue by nitration of salicylic acid. Communications in soil science and plant analysis. 1975;6(1):71-80.), whose rationale is as follows: the complex formed by nitration of salicylic acid under strongly acidic conditions presents maximum absorption at a wavelength of 410 nm in basic solutions (pH>12). The absorbance of the chromophore is directly proportional to the amount of N-NO3 -.

It was worked in tubes with sample and counter-sample, to eliminate the effect of absorption caused by plant pigments and thus quantify only the absorbance of the complex formed. The procedure followed is detailed below.

  • Extraction of N-NO3 -: by boiling 0.5 g of sample in 50 mL of distilled water for 30 minutes.

  • Filtration and quantitative transfer to a 50 mL flask.

  • Pipetting of aliquots of 0.2 mL of extract in duplicate in 25 mL glass tubes (control tube and test tube).

  • Addition of 0.8 mL of 5 % (w/v) salicylic acid solution in concentrated sulfuric acid to the test tube. Addition of 0.8 mL of concentrated sulfuric acid to the control tube.

  • Slow addition, after 20 minutes, of 19 mL of NaOH 2N solution to each tube.

  • Color development during 24 hours (stable color up to 72 hours).

  • Preparation of nitrate standard solutions with 10, 20, 30, 40, 50, 75 and 100 mg g-1 from a stock solution of 1000 mg NO3K g-1.

  • Pipetting of 0.2 mL aliquots of the standard solutions. Addition to each tube of the same reagents as for the test tube.

  • Reading of the absorbance of the standard solutions in a double beam spectrophotometer at wavelength = 410 nm. With the obtained values a regression line is fitted and the angular coefficient (m) is calculated to establish the concentration of N-NO3 in the test samples.

  • Absorbance reading of each sample with its blank.

  • Growth variables were also evaluated: plant height, dry mass of the whole plant and dry mass of the aerial part, number of leaves and leaf length.

Statistical design

 

A randomized complete block experimental design with five replications was used. The data obtained were subjected to normality tests using the goodness-of-fit test with the modified Shapiro-Wilks statistic (α=0.05) and were analyzed statistically by ANOVA and Duncan's test (p≤0.05), using Infostat software (2222. Di Rienzo JA, Casanoves F, Balzarini MG, Gonzalez L, Tablada M, Robledo CW. Infostat versión 2018. Córdoba, Argentina: Universidad Nacional de Córdoba [Internet]. 2018. Available from: http://www.infostat.com.ar/ ). To analyze the interdependence of variables, a principal component analysis (PCA) was performed and the data were standardized to perform the analysis on the correlation matrix of variables.

RESULTS AND DISCUSSION

 

The analysis of chemical characteristics of the soil used in the trial showed very low organic matter values (<0.7 %), according to the type of soil texture, so it would not be contributing nitrates to the soil/crop (Table 1), since the organic matter value is used as an indicator of soil fertility (2323. Villar EM, Rodríguez MSA. Fertilidad del suelo y parámetros que la definen [Internet]. 3ra ed. Universidad de La Rioja; 2022 [cited 19/04/2022]. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/libro?codigo=267902 ). Low levels of nutrients in the soil cause plants to acquire less growth; even so, this should not influence the final objective of the work.

Regarding the water used, the main parameters that define the risk of using a certain type of water are the saline content and the electrical conductivity. When the salt content is higher than 2 g L-1 or the electrical conductivity is higher than 3,105 µS cm-1, salinity problems can be very serious (2424. Saavedra G, Corradini F, Antúnez A. Manual de producción de lechuga [Internet]. Santiago, Chile: Instituto de Investigaciones Agropecuarias/ No 9; 2017. Available from: https://biblioteca.inia.cl/bitstream/handle/20.500.14001/6703/Bolet%c3%adn%20INIA%20N%c2%b0%20374?sequence=1&isAllowed=y ). According to the analysis of the water used for the test, it shows that it does not entail any risk of salinity, since the values obtained are below the reference parameters (88. Codigo Alimentario Argentino. Bebidas hídricas, agua y agua gasificada. Agua potable. [Internet]. 2010 [cited 18/04/2022]. Available from: http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/marco/CAA/Capitulo_12.php ), and it is also noted that the water does not contain nitrates in solution, so it would not be modifying what is provided in each treatment.

Nitrate concentrations in lettuce leaves

 

The analysis of lettuce leaves showed significant differences among all treatments (Figure 1), with a proportional increase in leaf nitrate content as a function of the dose of nitrate in the different treatments. The control treatment (without nitrate supply) showed significantly lower values, differing from treatments 1, 2 and 3, with intermediate values, and from treatment 4, which showed significantly higher values. The concentration of nitrate in lettuce irrigated with different concentrations of nitrate was higher than that obtained in previous research (2525. Quispe EWA, Figueras MLT, Pezoa AB, Laguna OT, Gonzales JW, Contreras VHE. Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (Lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico e hidropónico. Anales Científicos. 2018;79(1):101-10. doi:10.21704/ac.v79i1.1145 ), where 1 079 mg kg-1 of leaf nitrate was recorded in lettuce var. Acephala, cv Levistro, in lettuce var. Capitata cv. Española, grown with rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) residues.

T0: control; T1: 25 ppm nitrate solution; T2: 50 ppm nitrate solution; T3: 75 ppm nitrate solution; T4: 100 ppm nitrate solution]. Values represent the mean of five replicates. Different letters indicate significant differences (p≤0.05) according to Duncan's test. Standard Error (S.E.): T0: 6.04; T1: 2.95; T2: 2.53; T3: 1.92; T4: 0.97
Figure 1.  Nitrate concentration in lettuce leaves irrigated with different nitrate concentrations

The results indicate values well above 4 000 mg kg-1 of foliar NO3 - in treatments with 75 and 100 ppm of nitrate in the irrigation water, considerably exceeding the maximum values of nitrate in lettuce (Table 3), so that its use in human food could cause health problems. Nitrate concentration in the plant is a dynamic state and represents the difference between absorption and assimilation. When nitrate uptake exceeds assimilation, it can accumulate in the vacuoles of plant cells. Nitrate uptake by irrigation was reflected in results. Therefore, water quality, in terms of nitrate concentration, will influence its accumulation in lettuce plants. Thus, the higher the nitrate concentration in the irrigation water, the greater the possibility of accumulation in the crop. It should be noted that nitrate contamination of groundwater has also been reported in the region (2626. Rodríguez S, Yfran Elvira M, Peralta H. Caracterización del agua para diferentes usos de productores de las Ferias Francas del departamento de San Roque, provincia de Corrientes, Argentina. VirtualPro.co, Colombia [Internet]. 2020 [cited 19/04/2022];(220). Available from: https://www.virtualpro.co/biblioteca/caracterizacion-del-agua-para-diferentes-usos-de-productores-de-las-ferias-francas-del-departamento-de-san-roque-provincia-de-corrientes-argentina- ). Thus, excess nitrates can not only accumulate on crop leaves, but can also become a risk of environmental contamination.

Table 3.  Maximum levels of nitrate in lettuce regulated by the European Commission
Crop Harvest period mg of NO3 - kg-1
Lettuce (Lactuca sativa L) Harvested between October 1 and March 31:
Greenhouse grown 4500
Grown outdoors 4000
Harvested between April 1 and September 30:
Greenhouse grown 3500
Grown outdoors 2500

Principal Component Analysis (PCA) and Biplot of the growth variables analyzed and nitrate concentration in leaves explained 80.1 % of the association between the variables in two components. Principal components 1 and 2 (PC 1, PC 2) accounted for 51.7 and 30.4 %, respectively, of the total variation (Figure 2).

The treatment with the highest nitrate supply (100 ppm nitrate (T4)), presented a greater association with foliar nitrate concentration, favoring high nitrate accumulation in tissues and growth measured through the parameters leaf length, whole plant dry mass and plant dry mass without root.

It is important to mention that this treatment considered an excessive nitrate input for the crop, which in practice is extremely detrimental to its cultivation and the environment, therefore, a nitrate input that achieves a balance in terms of yield, quality, safety and environmental care should be determined.

Similar results were recorded in lettuce plants (2727. Urlić B, Jukić Špika M, Becker C, Kläring H-P, Krumbein A, Goreta Ban S, et al. Effect of NO3 and NH4 concentrations in nutrient solution on yield and nitrate concentration in seasonally grown leaf lettuce. Acta agriculturae scandinavica, section b-soil & plant Science. 2017;67(8):748-57.),(2828. Lara-Izaguirre AY, Rojas-Velázquez AN, Romero-Méndez MJ, Ramírez-Tobías HM, Cruz-Crespo E, Alcalá-Jáuregui JA, et al. Crecimiento y acumulación de NO3-en lechuga hidropónica con relaciones nitrato/amonio en dos estaciones de cultivo. Revista fitotecnia mexicana. 2019;42(1):21-9.), where growth and leaf nitrate content increased with a higher nitrate supply.

The application of nitrate at concentrations of 50 and 75 ppm was not associated with any plant growth parameter; however, the control (T0) and the treatment with 25 ppm nitrate (T1) were associated with the number of leaves.

[T0: control; T1: 25 ppm nitrate solution; T2: 50 ppm nitrate solution; T3: 75 ppm nitrate solution; T4: 100 ppm nitrate solution]
Figure 2.  Biplot resulting from the Principal Component Analysis (PCA) of the growth variables and foliar nitrate concentration in the five treatments tested

CONCLUSIONS

 
  • The supply of different concentrations of nitrate by irrigation in lettuce plants resulted in a higher foliar nitrate residual compared to the control, without nitrate supply.

  • Irrigation with 100 ppm nitrate was associated with leaf nitrate concentration and growth parameters, whole plant dry mass and plant dry mass without root and leaf length.

  • The nitrate content of lettuce leaves irrigated with water containing 75 and 100 ppm nitrate exceeded the maximum leaf nitrate content required in the European Community member countries, which would indicate that they are not suitable for human consumption.