МГУ–2014: Институт экологического почвоведения

Юбилеи. 24 ноября исполнилось 60 лет со дня рождения доцента Алябиной Ирины Олеговны. И.О.Алябина – сотрудник лаборатории почвенных ресурсов и экологического проектирования, учёный секретарь института. Специалист в области создания и разработки почвенных и других тематических карт, в т.ч. «Карты почвенно-экологического районирования РФ (М 1:2,5 млн, 2013); ответственный редактор Национального атласа почв РФ (2011).

 

Общие сведения. В составе института работают научно-исследовательские лаборатории: биоразнообразия и экологии почв (рук. чл.-корр. РАН И.Ю.Чернов); энерго- и массообмена в почвах и экосистемах (рук. проф. А.В.Смагин); почвенных ресурсов и экологического проектирования (рук. д.б.н. Н.О.Ковалева).

В штате института 19 человек, из них научных сотрудников – 14, в т.ч. 7 докторов и 6 кандидатов наук, 2 члена-корреспондента РАН.

 

Наука. Научная работа велась по направлению «Исследование функций почв в биосфере и жизни человека и разработка методов их регулирования в целях устойчивого использования почвенных ресурсов» в рамках ПНР–6 «Рациональное природопользование и устойчивое развитие регионов России».

Продолжались работы по изучению функций почвенного покрова в биосфере планеты. Основной акцент был сделан на разработку методологий оценки, управления, мониторинга и прогнозирования состояния почвенно-земельных ресурсов.

Коллективом сотрудников института совместно с факультетом почвоведения (рук. чл.-корр. РАН С.А.Шоба) разработан Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Работа велась в соответствии с Концепцией развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 г. (распоряжение Правительства РФ от 30.07.2010 №1292-р). Единый государственный реестр почвенных ресурсов России состоит из четырёх разделов, включающих описание почв, почвенных ресурсов субъектов РФ, почвенно-экологического районирования и цифровой модели описания почвенных данных (с использованием Геопортала МГУ).

В рамках договоров о сотрудничестве, заключённых с заповедниками «Журавлиная родина» (Талдомский р-н Московской области), «Басеги» (Средний Урал) изучена пространственная неоднородность почвенного покрова заповедных территорий, выявлены причины дифференциации почв (Н.О.Ковалева, О.А.Лузянина).

Сотрудниками лаборатории биоразнообразвия почв (И.Ю.Чернов, В.В.Дёмин) выявлена роль гуминовых веществ в регулировании функций почвенной микробиоты. Относительная устойчивость гуминовых веществ в континентальных экосистемах обусловлена тем, что эти полимеры нерегулярного строения являются продуктами внеклеточного стохастического синтеза в растворе и темплатного на минеральных матрицах, в котором участвуют «непереваренные остатки» жизнедеятельности почвенной биоты (в этом смысле они являются «экзополимерами»). Выходя из системы трофических сетей, гуминовые вещества формируют среду обитания почвенных организмов и могут включаться в нетрофические (например, сигнальные) взаимодействия. Было показано, что одним из процессов, определяющим функционирование микробного сообщества почвы и его устойчивость к внешним воздействиям, является сорбция гуминовых веществ на поверхности и в объёме клеточных стенок микроорганизмов. Такая пространственная локализация экзополимеров позволяет эффективно перехватывать токсичные агенты (ионы металлов, детергенты, ПАУ) диффундирующих к живой клетке. Исследование зоомикробных взаимодействий показало, что введение гуминовых веществ в микрокосм модифицирует пищевые предпочтения в системе «хищник-жертва». Впервые был обнаружен феномен переноса гуминовых веществ по трофическим цепям: экзополимеры, сорбированные на поверхности клеток бактерий, поглощались в ходе эндоцитоза хищником – инфузорией. Использование современных хроматографических методов для изучения неоднородной системы экзополимеров показало, что снижение амплитуды колебаний биологических процессов в почвах и стабилизация экосистемы в целом может достигаться за счёт различных молекулярных компонентов системы гуминовых веществ. Исследование проводилось с использованием газового хроматографа, приобретённого в рамках реализации Программы развития МГУ

Был изучен качественный и количественный состав растворённого органического вещества (РОВ) в геохимически сопряжённом ряду: почвенные воды – питающее болото – ручей – депонирующее озеро. Было показано, что в данной цепочке происходит трансформации РОВ. На каждом участке происходит деполимеризация высокомолекулярных гуминовых кислот почвы, что может быть связано с деятельностью микроорганизмов и протеканием процесса фотодеструкции ОВ. Для изучения воздействия солнечного света на изменение РОВ и форм металлов в поверхностных водах изучаемого района проводилось исследование процесса фотодеструкции металлорганических комплексов в натурных условиях. Было показано, что под действием солнечной инсоляции происходит изменение РОВ (изменяются спектры проб и молекулярно-массовые распределения, увеличивается содержание органических алифатических кислот). По полученным данным рассчитаны скорости процесса фотодеструкции РОВ природных вод. Показано, что наибольшие скорости характерны для почвенных вод, а наименьшие для вод ручьёв. Так же было установлено, что при облучении проб почвенных вод и вод ручья происходит изменение форм нахождения металлов в природных водах, увеличивается количеств отрицательно заряженных ионов таких элементов. Проведено изучение процессов деструкции металлоорганических соединений, вариаций молекулярно-массового распределения, форм переноса органического вещества при процессах их образования, фотолиза в природных водах (в системе болото-река-озеро на примере малых рек) в условиях меняющейся природной среды. Проведённые исследования по адсорбции цинка различными горизонтами почв района исследования (подзола) в присутствии бактерий, вырабатывающих экзополисахариды, показали, что Zn (II) предпочтительнее связывается с поверхностью почвы, чем с клеточными стенками бактерий P. aureofaciens. Таким образом, установленные механизмы могут быть использованы при очистке вод в районах с техногенным загрязнением.

Коллективом лаборатории энерго- и массообмена в почвах и экосистемах (рук. А.В.Смагин) разработаны методические основы исследования сорбции паров воды в почвах и грунтах на базе оригинальных физически-обоснованных моделей и динамического метода экспрессной оценки изотерм сорбции как функции от влажности воздуха при заданной температуре. С их помощью впервые удалось произвести адекватное описание экспериментальных данных для S-образных изотерм сорбции паров воды в почвах и грунтах разного генезиса и дисперсности во всём диапазоне, включая область капиллярной конденсации и плёночной влаги.

На базе термодинамической теории физического состояния почв и грунтов, а также оригинальных кинетических моделей динамики органических веществ в почвах проведено комплексное исследование поведения разных видов сильнонабухающих полимерных гидрогелей (СПГ) в биологически-активных пористых средах в связи с проблемой повышения их водоудерживающей способности и почвенного конструирования. Влагоабсорбенты нового поколения – СПГ способны в малых дозах (0,1–0,3% от массы вмещающего материала) в 2–3 раза увеличивать влагоёмкость и энергию водоудерживания грубодисперсных почвогрунтов, что адекватно их переводу на 1–2 градации по гранулометрическому составу (песок–в суглинок). Этот эффект успешно использован на практике почвенного конструирования, в особенности при поливном аридном земледелии или в озеленении мегаполисов.

Для устранения возможных негативных последствий, связанных с изменением гидрологического режима территорий при строительстве сооружений, малых архитектурных форм, при ландшафтном и лесопарковом строительстве разработаны технологии устройства дренажа (И.В.Ковалев), которые включают: повышенный уклон дрен – 0,008-0,01 и специализированную траншейную засыпку с дополнительным фильтром (геотекстилем), повышенные значения уклона на изгибах дренажных линий, подбор фильтрующих материалов в зависимости от типа почвообразующих пород, устранение гумусированного слоя для предотвращения усадки и т.д.

Одним из важнейших направлений в повышении урожайности сельскохозяйственных растений является повышение посевных качеств семян. Научной группой (рук. Г.Н.Федотов) разработана методика, которая даёт возможность использовать в опыте несколько сотен семян и определять их посевные качества при воздействии различных стресс-факторов за 1 сутки с ошибкой, не превышающей 5% при 95% уровне значимости, исследуя одновременно десятки видов культур. Данная ошибка метода позволяет уверенно выбрать вид семян, которые в производственных условиях способны обеспечить повышение урожайности уже на 10%.

Модифицированный метод детекции вироидной РНК в томатах, разработанный Н.Ю.Ковальской совместно с американскими коллегами будет способствовать разработке новых путей детекции растительных патогенов.

Научной группой по палеопочвоведению (рук. Н.О.Ковалева; Е.М.Столпникова, А.О.Макеев) продолжены работы по поиску почвенных индикаторов состояния палеосреды. Отложения переходной между плейстоценом и голоценом эпохи были выявлены и датированы на территории Трубчевского ополья Брянской области. Впервые выявлены и описаны два интерстадиала по слаборазвитым погребённым почвам возрастом 16500 ± 230 Ki-17 414 и 12930 ± 170 Ki-17 413, а также три погребённые почвы голоцена, маркирующие этапы развития климата в межледниковье (атлантический и средневековый оптимумы). Данные интерстадиалы синхронны европейским интерстадиалам Ласко Вюрм IV и Бёллинг Вюрм IV (MIS2). Для второго гумусового горизонта агросерой почвы, типичого для данного ландшафта ополья, получена датировка 2180 ± 60 Ki-17 415, которая относит её к субатлантическому периоду голоцена. Использованы наиболее информативные для палеоэкологической реконструкции почвенные свойства-индикаторы, такие как изотопный состав углерода, групповой состав фосфора, свойства гумуса почв, магнитная восприимчивость почв.

Впервые в рамках междисциплинарных работ (Н.О.Ковалева, Е.М.Столпникова) были изучены тефро-почвенные серии плейстоцена, вскрытые археологическими раскопками ИИМК РАН на Лорийском плато Армянского нагорья. На основе измерений магнитной восприимчивости, группового состава фосфора и соотношения стабильных изотопов углерода были выделены стадии активизации плейстоценового вулканизма для данной территории. Изотопный состав углерода обнаружил, что нижние отложения раскопов формировались в иных условиях, нежели верхние, и под влиянием вулканизма.

Сопоставление свойств педоседиментационных архивов на моренах московского возраста Русской равнины и Северо-Германской низменности (А.О.Макеев) показало их принципиальную схожесть, обусловленную тем, что весь север Европы в стадию ледниковую MIS 6 покрывался единым ледниковым щитом.

 

Конференции. Организованы и проведены:

– XXIV международная конференция «Человек и природа». Выездной симпозиум «Карадагский природный заповедник». Обсуждались вопросы истории организации и современного правового статуса заповедника, проблемы изучения и сохранения историко-культурного и природного наследия Крыма в целом и Карадагского заповедника в частности, проблемы водоснабжения Крыма и перспективы дальнейшего сотрудничества;

– XV всероссийская телекоммуникационная конференция экологических исследовательских проектов школьников «Природу России сохранят дети» (нояб. 2013 – февр. 2014). Конференция проводится на портале российского образовательного проекта «Экологическое Содружество» с 1999 г.;

– олимпиада «Ломоносов» по экологии.

 

Публикации. Издан ежегодный 14 выпуск Трудов института «Роль почв в биосфере», продолжена работа электронного журнала «Доклады по экологическому почвоведению» (№№20, 21).

 

Иванов И.В., Александровский А.Л., Макеев А.О. и др. Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв;

Иванов А.Л., Шоба С.А., Столбовой В.С. и др. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0.

 

 

Белюченко И.С., Федоненко Е.В., Смагин А.В. и др. Биомониторинг состояния окружающей среды;

Федотов Г.Н., Шалаев В.С. Вводно-ознакомительный курс лекций по теории решения изобретательских задач.