Российский научный фонд подвел итоги конкурса проектов отдельных научных групп 2024 года и проводимого по поручению Президента России конкурса междисциплинарных проектов. Среди поддержанных проектов – проект «Агробиотехнологический потенциал автохтонного метафункционального почвенного микробиома» под руководством Н.А. Манучаровой.

«Производство высококачественной пищи для быстро растущего населения Земли определяется главным образом увеличением урожайности растений, что в первую очередь зависит от снабжения их азотом. Осуществление этого будет происходить в условиях неуклонного сокращения почвенных ресурсов, требующего вовлечения в оборот новых земель, большинство которых мало благоприятно для земледелия.

Актуальным направлением исследований является разработка агробиотехнологий на основе управления естественным почвенным микробиомом, создание микробных препаратов-стимуляторов роста и развития растений, микробиологических способов повышения доли биологического азота в питании растений, деструкторов ксенобиотиков. Не менее важным аспектом является поиск и патентование продуцентов биологически активных веществ, таких как антибиотики, ферменты, пробиотики, гидролитики природных и искусственных полимеров. Значительный интерес представляют собой микроорганизмы, обладающие метафункциональными параметрами.

Широкое использование для азотного питания растений получили бактерии-азотфиксаторы (диазотрофы), способные обеспечить безопасное развитие и рост растений за счет гидролитического контроля. Если до недавнего времени основное внимание обращалось на клубеньковые бактерии, полностью снабжающие азотом бобовые растения (т.н. симбиотическая азотфиксация), то в настоящее время доказана возможность улучшения азотного питания широкого круга небобовых растений (т.н. ассоциативная азотфиксация) за счет диазотрофов-гидролитиков.

Наряду с сокращением разнообразия и численности прокариот в почвах, подверженных антропогенным или абиогенным нагрузкам ожидается возрастание количества генов, маркирующих способность сообщества к таким процессам как биодеградация ксенобиотиков, кодирующих превращения азота и уровень метаболизма кофакторов и витаминов. Выявленные закономерности указывают на высокий метаболический потенциал прокариотной компоненты почв», - рассказывает Наталия Александровна Манучарова о важности и актуальности запланированных исследований.

В конкурсе отдельных научных групп участвовало более 4,8 тысяч заявок. Из них по результатам экспертизы правлением Фонда утверждено к финансированию 515 проектов, реализуемых в 2024-2026 годах, с последующим возможным продлением срока выполнения проекта на один или два года. Размер одного гранта РНФ составляет от 4 до 7 миллионов рублей ежегодно.

Разработка и применение инновационных почвенных мелиорантов для повышения продуктивности и предотвращения деградации аридных земель

Руководитель НИР: Красильников П.В.

Подразделение: Факультет почвоведения

Срок исполнения: 7 октября 2022 г. - 31 декабря 2024 г.

Проект направлен на получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции: высокоэффективных, экологически безопасных и устойчивых, экономически рентабельных синтетических полимерных композитных материалов для противоэрозионной защиты почвы, экономии дефицитных водных ресурсов и оптимизации почвенного плодородия в условиях интенсивного аридного земледелия и борьбы с опустыниванием.

Планируемые результаты:

1. Будут получены результаты патентных исследований по технологиям органического синтеза полимерных почвенных мелиорантов (ППМ) и технологиям использования ППМ для экономии водных ресурсов и защиты почв от эрозии в аридном поливном земледелии и озеленении пустынных территорий.
2. Будет разработана и внедрена в проект система инструментальных методов количественной оценки, критериев и нормативов качества синтетических ППМ и их композиций (смесей) с минеральными почвенными субстратами применительно к анализу эффективности водопоглощения и противоэрозионной защиты, а также к устойчивости ППМ в почвенно-экологических условиях аридной зоны, и на этой основе сформулированы базовые технические требования к индустриальному производству российских ППМ нового поколения для аридного поливного земледелия и озеленения пустынных ландшафтов.
3. Будут предложены технологические решения по индустриальному выпуску инновационных композитных ППМ нового поколения, а также технологические рекомендации по их применению, гарантирующие максимальную эффективность ППМ для экономии водных ресурсов и защиты почв от эрозии в аридном поливном земледелии и озеленении пустынных территорий.

Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов

Руководитель НИР: Бонч-Осмоловская Е.А.

Ответственные исполнители: Каменский П.А., Степанов А.Л.

Подразделение: Биологический факультет, факультет почвоведения

Срок исполнения: 26 октября 2021 г. - 31 декабря 2023 г.

Проведение на территории Российской Федерации масштабных исследований с участием ведущих ученых и привлечением обучающихся для сбора образцов и анализа данных и результатов.

Планируемые и достигнутые результаты:

1. Разработана многоуровневая методика массовых экспериментов (методов гражданской науки), основанная на вовлечении обучающихся разного уровня подготовки в различные этапы цепочки сбора и анализа микроорганизмов почв, животных и растений.
2. Выделены и первично охарактеризованы частичным секвенированием геномов перспективные непатогенные микроорганизмы для применения в различных областях экономики РФ, в том числе прототипы штаммов-продуцентов продуктов, перспективных для применения в различных областях экономики РФ (антибактериальные соединения, фитогормоны, термостабильные ферменты); микроорганизмы, стимулирующие рост растений и способствующие росту растений в неблагоприятных климатических условиях.
3. Разработана технология получения рекомбинантных термостабильных белков в клетках архей.

Запасы и динамика «голубого углерода» в береговой зоне морей западного сектора Российской Арктики

Руководитель НИР: Красильников П.В.

Подразделение: Факультет почвоведения

Срок исполнения: 22 мая 2023 г. - 31 декабря 2026 г.

Основная научная проблема предлагаемого проекта – оценка запасов и динамики «голубого углерода» береговой зоны холодных морей как важного компонента глобального углеродного цикла.

Планируемые результаты:

В научном плане проект предлагает оценку динамики углерода на границе моря и суши в западной части Российской Арктики, а также пространственного распределения потоков углерода в береговых экосистемах, морской воде и атмосфере на основе данных полевых исследований, дистанционного зондирования и математического моделирования. Группа почвоведов и географов – сотрудников Московского университета ожидает получить информацию о цикле углерода в отложениях и почвах береговой зоны, особенностях его накопления в ходе почвообразования, привноса с морскими и континентальными водами, потери в результате эрозии берегов и почвенного дыхания. Группа ботаников и физиологов растений из Петрозаводского государственного университета ожидает получить информацию о биомассе, её приросте и динамике в ходе сукцессий на маршах. Следует отметить, что в настоящее время специалистов по растительности маршей в МГУ нет; группа специалистов Петрозаводского университета является практически единственной крупной активной научной командой, работающей по берегам северных морей. Совместно группы смогут получить полную информацию о балансе углерода в береговых ландшафтах российского Севера. Научная значимость проекта заключается в том, что впервые будет проведена комплексная оценка важного компонента «голубого углерода», связанного с береговыми ландшафтами Российской Арктики. Это имеет фундаментальное значение, поскольку до настоящего времени мы не знали реального баланса углерода берегов западного сектора морей бассейна Северного Ледовитого океана. В то же время работа имеет и практическую значимость в связи с возросшим общественным интересом к углеродной тематике, которая отражает озабоченность проблемами поступления в атмосферу климатически активных газов. В этом контексте предлагаемое исследование может ответить на вопрос, какие геоморфологические и почвообразовательные процессы влияют на нетто-баланс углерода и какова динамика поглощения атмосферного углерода биомассой приморских растительных сообществ. Потенциально мы можем рассматривать возможность управления береговыми ландшафтами для стимулирования долговременной фиксации атмосферного углерода. В настоящее время не предпринимается попыток включить прибрежные водно-болотные угодья в систему «карбонового фермерства». Отсутствие подобных работ оказывает негативное влияние на развитие низкоуглеродной экономики и лишает возможности жителей прибрежных областей активно включаться в создание карбоновых ферм. Таким образом, настоящее исследование является актуальным с социально-экономической точки зрения, поскольку работает на развитие одного из наиболее динамично развивающихся направлений в экономике – включению карбоновой повестки в сектор реальной экономики. Включение «голубого углерода» в указанную повестку позволит преодолеть ряд технических, технологических, ресурсных и экологических ограничений на научно-технологическое развития прибрежных регионов страны.

Методологические основы оценки продукционного потенциала почв на федеральном, региональном и локальном уровнях

Руководитель НИР: Шоба С.А.

Подразделение: Факультет почвоведения

Срок исполнения: 13 мая 2022 г. - 31 декабря 2024 г.

Цель - разработать методологические основы оценки продукционного потенциала почв на федеральном, региональном и локальном уровнях.

Планируемые результаты:

В ходе реализации проекта будут разработаны основанные на общих критериях комплексы оценки продукционного потенциала почв, использующие наборы параметров, соответствующие уровню рассмотрения (федеральный, региональный, локальный). Картографической основой для расчётов и визуализации информации послужат низшие территориальные единицы таксономического деления Карты почвенно-экологического районирования Российской Федерации масштаба 1:2 500 000 – почвенные районы (первичная единица районирования) и почвенные округа. Для локального уровня рассмотрения – границы хозяйств, производственных объединений. Будут получены картографические оценки (построены ГИС-карты), характеризующие продукционный потенциал почв: потенциальной биологической продуктивности (или естественного продукционного потенциала почв) на территорию страны, Московского региона, модельных территорий отдельных хозяйств; добавленной биологической продуктивности (прибавки биологической продуктивности, на которую может быть увеличен естественный продукционный потенциал почв за счёт применения специальных агротехнологических мероприятий) для модельных территорий отдельных хозяйств. В рамках разработки рекомендаций по наиболее эффективному использованию биоклиматического потенциала территории, его реализации в ландшафтно обусловленной и климатически обеспеченной урожайности, а также анализа подходов к управлению урожайностью за счёт применения агротехнологических методов и инновационных агротехнологий, будут рассчитаны современные тенденции изменения климатически обусловленной урожайности и биоклиматического потенциала территории при наблюдаемых изменениях агроклиматических и почвенных ресурсов. Будут получены данные по воспроизводству современного состояния и изменчивости агроклиматических и почвенных ресурсов земледельческой зоны России, соответствующие уровню рассмотрения (федеральный, региональный, локальный). Будут построены ГИС-карты, характеризующие варьирование ландшафтно обусловленной и действительно возможной урожайности и возможность управления урожайностью при изменении интенсивности агротехнологий и почвенного плодородия для ряда культур (на региональном и локальном уровнях).

Также будут разработаны подходы к управлению продуктивностью агроценозов методами предпосевной обработки семян новыми препаратами-стимуляторами, действие которых будет основано на устранении негативного влияния почвенных аллелотоксинов на семена при одновременном действии биологически активных веществ. Оценка продукционных характеристик почв в целях рационального и эффективного землепользования, обеспечение реализации функций почв и связанных с ними экосистемных сервисов – вопросы, актуальные для любого государства. Так, Европейским почвенным дата-центром (ESDAC) выполнена оценка продукционных функций почв (provisioning soil functions) на территории Европейского союза (Tóth et al., 2013). В частности, опубликованы данные в виде 3 х ГИС карт о продуктивности биомассы, определяемой почвой, (soil biomass productivity) отдельно для лугов и пастбищ, пахотных земель и лесных массивов. Для нашей страны, обладающей огромными и разнообразными по плодородию почвенными ресурсами, чрезвычайно важна оценка естественного продукционного потенциала почв, рациональное и эффективное его использование. Разработка методологических основ оценки продукционного потенциала почв в границах природных территорий и является целью предлагаемого проекта.

Разнообразие и биотехнологический потенциал почвенного микробиома в условиях антропогенной и абиогенной нагрузок

Руководитель НИР: Манучарова Н.А.

Подразделение: Кафедра биологии почв

Срок исполнения: 1 апреля 2021 г. - 31 декабря 2023 г.

Цель - выяснение свойств почв, способствующих формированию и сохранению биоразнообразия, получение культур микроорганизмов, обладающих биотехнологическим потенциалом (способность азотфиксации, гидролитической деятельности природных полимеров и ксенобиотиков, синтез вторичных метаболитов, веществ-антагонистов)

Планируемые результаты:

В процессе выполнения проекта планируется комплексная оценка разнообразия микробного комплекса, включающая прокариотную (бактерии и археи) его составляющую; выявление способности систем к процессам, направленным на деструкцию труднодоступных соединений (углеводороды, биополимеры), трансформацию окисленных и восстановленных форм азота (азотфиксация, нитрификация), синтез вторичных метаболитов; определение наличия функциональных генов у микроорганизмов, обладающих биотехнологическим потенциалом способных к метаболической активности в почвах, различающихся параметрами основных экологических факторов. Предполагается закладка на хранение при низких температурах активных штаммов и мониторинг их жизнеспособности и сохранения полезных свойств современными цитологическими и молекулярно-биологическими методами.

Важной проблемой, стоящей перед почвенными микробиологами является изучение и сохранение некультивируемой части микробного сообщества («молчаливого большинства почвенного сообщества») экстремальных и антропогенно ненарушенных почвенных местообитаний. Проблема представляет как практический (выявление продуцентов БАВ), так и теоретический интерес (изучение новых неисследованных ранее таксонов прокариот). При анализе функционального генетического разнообразия сообщества методом восстановления полного метагенома по данным высокопроизводительного секвенирования авторами проекта было установлено, что количество генов, маркирующих способность сообщества к биодеградации ксенобиотиков выше в реликтовых образцах по сравнению с современными. Инициация системы ресурсом увеличивает долю генов, ответственных за деградацию ксенобиотиков. Так, например, при внесении полисахарида повышается количество генов, ответственных за деградацию полициклических ароматических углеводородов. Тем не менее стоит заметить, что присутствие функционального гена не обязательно означает его активность, однако позволяет говорить о потенциальной возможности к осуществлению процессов, кодируемых данными генами. Выявленное возрастание потенциальной активности сообществ по мере увеличения степени «законсервированности» говорит о высоком биотехнологическом потенциале реликтовых микробных сообществ и открывает возможности для биотехнологического использования штаммов, выделенных из реликтовых местообитаний.

Новизна разработанного подхода состоит в возможности усиления биотехнологических свойств микроорганизмов путем интродукции высокоактивных селекционных штаммов и создания условий для их деятельности в природных системах и агроценозах. Последовательное применение процедур реактивации клеток покоящегося сообщества и инициации развития физиологической группы гидролитиков позволило авторам проекта обнаружить прокариотный комплекс, способный к реверсии метаболической деятельности (Манучарова и др., 2016). В образцах криосферы и погребенных палеопочв реактивировано прокариотное мезофильное органотрофное сообщество. Определена структура и выявлены специфические особенности функционального микробного комплекса исследуемых образцов. Выявлено, что потенциальная активность микробного гидролитического сообщества возрастает в ряду сообщества современных почв – сообщества погребенных палеопочв. Впервые молекулярно-биологическими методами (метагеномного анализа и гибридизацией клеток in situ) установлены различия в филогенетической структуре прокариотной метаболически активной гидролитической компоненты многолетнемерзлых грунтов и палеопочв.

В современных почвах гидролитический комплекс более разнообразен по сравнению с погребенными почвами и криогенными образцами, где в качестве доминантов-гидролитиков выступают представители групп Actinobacteria (как одноклеточные, так и мицелиальные представители), Proteobacteria и Firmicutes. Значимость результатов предполагаемого проекта заключается в проведении оценки потенциальной активности микробных комплексов, способных к деструкции полютантов в наземных экосистемах, развивающихся в широком диапазоне параметров основных экологических факторов (влажности, температуры, окислительно-восстановительного потенциала).

Понимание функциональной значимости азотфиксирующей компоненты гидролитических микробных комплексов в наземных экосистемах может составить приоритет мирового уровня и конкуренцию ведущим школам, работающим в этом направлении. Научная новизна исследований обусловлена уникальной коллекцией образцов экстремальных экосистем, отобранных в разных участках Земного шара и выделенных из них бактерий. Проведенные ранее исследования были выполнены на ограниченном наборе культур, скрининг крупной коллекции, предусмотренных в данной работе, производится В силу чрезвычайно высокой гетерогенности почв, в сочетании с широким разнообразием экосистем, подверженных экстремальному воздействию внешних природных факторов, микробное население этих локусов и их физиологические особенности во многом не исследованы (Goodfellow, 2018). Имеющиеся исследования свидетельствуют о присутствии в составе сообществ подобных экосистем организмов с уникальными физиологическими путями, в том числе способствующих росту и развитию растений (Köberl, 2011), важных участников поддержания плодородия почв (Azua-Bustos 2017, Raddadi, 2018) продуцентов новых антибиотиков (Boubetra 2013), продуцентов мощных экзоферментативных метаболитов. Экстремальные среды обитания являются ценным источником ферментов, применимых в прикладных и промышленных областях ( Kulishova LM, Zharkov DO., 2017; Sahay et al., 2017). На сегодняшний день известны прокариоты, выделенные из экстремальных сред, осуществляющие процесс метаногенеза, синтезирующие широкий спектр органических кислот, продуцирующие молекулярный водород, способные к фиксации атмосферного азота в условиях значительно отличающихся от принятых для этих процессов оптимумов, что позволяет вовлекать эти организмы в процессы ремедиации и промышленного синтеза различных веществ (Poli et al., 2017). В последние годы интенсивно изучаются архейные сообщества почв, осуществляющие окисление аммония (Schleper, Nicol, 2010), что изменило представления о микробных процессах трансформации азота в почвах.

По данным сравнительного количественного анализа генов из разных типов почв сделан вывод о том, что архейные сообщества являются самой многочисленной группой аммонийокисляющих прокариот в почвах. Интерес к исследованию этой группы организмов определяется не только важнейшей ролью нитрификации в азотном цикле почв, но и решением практических вопросов, например, доступностью азота в условиях пониженной концентрации кислорода, что тормозит не только развитие растений, но и является фундаментальной проблемой низкой эффективности бактериальных препаратов нефтедеструкторов. Анализ современной литературы свидетельствует о высоком микробном потенциале деструкции нефти в почве, который катастрофически снижается из-за формирования анаэробных условий в результате промышленного разлива нефти и нефтепродуктов.

В ходе работы предполагается проверить гипотетическую возможность нитрифицирующих архей, обладающих особым метаболическим путем окисления аммония, проводить нитрификацию в условиях пониженной концентрации кислорода, что позволит нефтеокисляющим прокариотам продолжить эффективное окисление нефти с использованием нитратов в качестве конечного акцептора электронов в дыхательной цепи («нитратное дыхание»).

Настоящее исследование позволит создать научные основы решения прикладной задачи – повышения эффективности биоремедиации почв от нефтепродуктов. С помощью методов молекулярной биологии будет дана характеристика архейных сообществ почв в условиях загрязнения нефтью. Результаты исследований позволят разработать новые подходы биоремедиации почв от загрязнения углеводородами.

Производство высококачественной пищи для быстро растущего населения Земли (7,2 млрд человек в 2015 г., 10 млрд - прогноз на 2025 г.) определяется главным образом увеличением урожайности растений, что в первую очередь зависит от их снабжения азотом. При этом осуществление этого будет происходить в условиях неуклонного сокращения почвенных ресурсов (из-за эрозии, засоления и опустынивания), требующего вовлечения в оборот новых земель, большинство которых мало благоприятно для земледелия. Существующие ныне агротехнологии, односторонне ориентированные на применение всё более возрастающих доз минеральных (в основном, азотных) удобрений, фактически исчерпали себя, во-первых из-за дороговизны и, во-вторых, из-за быстро растущих экологических рисков ("эвтрофикация" водоремов и рост концентрации в атмосфере Земли закиси азота (N₂O) - важнейшего "парникового" микрогаза). Альтернативой однозначно считается широкое использование для азотного питания растений бактерий азотфиксаторов (диазотрофов), способных обеспечить безопасное развитие и рост растений за счет гидролитического контроля. Если до недавнего времени основное внимание обращалось на клубеньковые бактерии, полностью снабжающие азотом бобовые растения (т.н. симбиотическая азотфиксация), то в настоящее время доказана возможность улучшения азотного питания широкого круга небобовых растений (т.н. ассоциативная азотфиксация) за счет диазотрофов-гидролитиков.

Окислительные ферментативные процессы в стабилизации/дестабилизации органического углерода при гумусообразовании

Руководитель НИР: Заварзина А.Г.

Подразделение: Лаборатория химии гумусовых веществ и минеральных соединений почв

Срок исполнения: 15 мая 2023 г. - 31 декабря 2025 г.

Проект направлен на установление роли ферментативных процессов в формировании пула устойчивого органического вещества почв при гумификации и органо-минеральных взаимодействиях. Конкретной масштабной задачей проекта является установление роли окислительных и гидролитических ферментов целлюлолитического и лигнолитического комплекса микроорганизмов - гидролаз, литических полисахарид монооксигеназ (ЛПМ), целлобиозо дегидрогеназы (ЦДГ), лакказы - в стабилизации/дестабилизации полисахаридов, фенольных соединений и гумусовых веществ в почвах.

Результатами выполнения проекта будут:

1. Будут охарактеризованы микробные (бактерии и грибы) сообщества почв зонального ряда (дерново-подзолистых, серых лесных, черноземов) с точки зрения их таксономического и функционального состава по их способности разлагать полисахариды и фенольные соединения. Будет охарактеризована продукция окислительных и гидролитических ферментов целлюлолитического комплекса и лигнинолитичского комплекса микробных сообществ.
2. Впервые в мире будет исследована распространённость литических полисахарид монооксигеназ (ЛПМ) в почвах, а также роль этих ферментов в процессах стабилизации/дестабилизации углерода и органо-минеральных взаимодействиях.
3. Будут изучены механизмы стабилизации органического углерода в почвах при взаимодействии ЛПМ с гидролазами разложения целлюлозы и ксилана (эндоглюканаза, ксиланаза) и оксидоредуктазами разложения лигнина (целлобиозо дегидрогенза, лакказа).
4. Будет оценена устойчивость и накопление гумусовых веществ как функция состава микробиома, наличия/отсутствия лигнолитических деструкторов и их ферментов и функция химического состава органического материала (содержания ароматических конденсированных структур, лигнина).
5. Будет построена модель взаимодействия оксидоредуктаз и гидролаз при стабилизации/дестабилизации органического углерода в почвах.

Перигляциальный литогенез времени последней дегляциации и позднеледниковья и его роль в формировании поверхностных почв центра Русской равнины

Руководитель НИР: Макеев А.О.

Подразделение: лаборатория экологического почвоведения

Срок исполнения: 15 мая 2023 г. - 31 декабря 2025 г.

Цель проекта: разработка основы для дифференциации почвенного покрова ключевых участков по возрасту и эволюционной модели педогенеза.

Основной ожидаемый результат: на основе комплексного изучения наземных палеогеографических архивов будет дана непротиворечивая картина динамики и трансформации природной среды перигляциальных областей Русской равнины времени последней дегляциации и позднеледниковья. Будет создана региональная модель трансформации палеогеографических обстановок в перигляциальных областях Русской равнины. Конкретные фундаментальные результаты сгруппированы по следующим разделам наук о Земле:

ЛИТОЛОГИЯ И СТРАТИГРАФИЯ

1. Будут определены агенты, механизмы и скорости процессов литогенеза времени последней дегляциации и позднеледниковья, отразившиеся в морфологической организации и вещественном составе осадков и педоседиментов.
2. Будет обосновано наличие финального этапа субаэрального осадконакопления, сформировавшего маломощный покровных слой, входящий в состав профиля поверхностных почв.
3. Будет произведено хроностратиграфическое расчленение послеледниковой осадочной толщи на основе морфологической организации отложений и палеопочв, магнитных и электрофизических свойств, а также инструментальных определений возраста методом оптически стимулированной люминесценции, радиоуглеродной сцинтилляции и масс-спектрометрии.

ТРАНСФОРМАЦИЯ РЕЛЬЕФА

1. На основе цифровых моделей актуального рельефа, хроностратиграфии осадков и крупномасштабного 3D-моделирования будет реконструирован ископаемый рельеф для последовательных этапов последней дегляциации и позднеледниковья.
2. Будет разработана общая модель рельефообразования междуречий на основе условий и интенсивности литогенеза и реконструированных этапов трансформации рельефа в хроноинтервале "LGM - позднеледниковье - голоцен".

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ПОЧВОВЕДЕНИЕ

1. Будут определены хронология и географическое разнообразие этапов позднеледникового педогенеза в перигляциальной зоне на ключевых участках.
2. Для поверхностных почв междуречий будут разработаны модели позднеледникового-раннеголоценового педолитогенеза.
3. Впервые будет дана характеристика трубчевского педогенетического уровня как геосоли, систематически воспроизводящейся в составе осадочных комплексов междуречий.
4. Будет разработан специальный понятийный аппарат (термины и номенклатурная основа) для изучения полигенетичных поверхностных почв, а также реконструкции педолитогенеза междуречий в хроноинтервале "LGM - позднеледниковье - голоцен".

ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ И СТРУКТУРА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

1. Актуальный почвенный покров будет дифференцирован по возрасту и модели педогенеза на разных уровнях пространственного разрешения.

ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ

1. Для междуречного комплекса перигляциальной зоны будут реконструированы последовательные стадии ландшафтных перестроек времени последней дегляциации и позднеледниковья.
2. Будет произведено сопоставление событий выявленных региональных палеоландшафтных трансформаций этапам планетарных климатических изменений на основе глобальных моделей по данным архивов ледниковых кернов и глубинных морских осадков.

Соединения углерода в системе почва-вода-атмосфера сопряженных ландшафтов криолитозоны Западной Сибири

Руководитель НИР: Гончарова О.Ю.

Подразделение: Факультет почвоведения

Срок исполнения: 1 января 2022 г. - 30 декабря 2023 г.

Цель - оценка механизмов, закономерностей и ведущих факторов перераспределения внутрипочвенных, водных и атмосферных потоков органического и неорганического углерода в масштабе отдельных торфяно-болотных комплексов с сопряженными водными объектами в условиях влияния многолетнемерзлых пород.

В итоге реализации проекта будет дана оценка содержания и свойств растворенного и дисперсного органического углерода, а также неорганического (СО₂) углерода в почвенных, грунтовых (надмерзлотных) и других, сопряженных в единый водосбор, водах прерывистой криолитозоны севера Западной Сибири. Будут оценены величины газовых потоков СО₂ и CH₄ в вегетационный период с поверхности почв, гидроморфных участков торфяно-болотных комплексов и водных объектов. Будет рассчитано долевое участие отдельных экосистем в эмиссионном потоке в вегетационный период и, по возможности, оценены факторы на него влияющие. Будет оценено влияние состава и степени разложенности торфов на скорости выщелачивания из них органического вещества и его состав. Предполагается получение данных по величине скоростей биодеструкции растворенного органического вещества в водах разного генезиса. Будут найдены маркеры, характеризующие происхождение растворенного органического углерода в разных водах. Будет дана оценка роли многолетнемерзлых пород (наличие, глубина залегания, рельеф поверхности) в перераспределение углерода в торфяно-болотном комплексе. Как результат, будут выявлены механизмы перераспределения и преимущественные потоки углерода в пограничных экосистемах (гидроморфные – автоморфные, мерзлотные – немерзлотные), что позволит моделировать динамику криогенных экосистем в случае изменения условий их функционирования.

Меланинсодержащие грибы техногенно нарушенных почв: индикация химического загрязнения и биотехнологический потенциал

Руководитель НИР: Терехова В.А.

Подразделение: Кафедра земельных ресурсов и оценки почв

Срок исполнения: 21 декабря 2021 г. - 31 декабря 2023 г.

Цель  работы - расширение сферы управления почвенными процессами на основе внедрения биотехнологических приемов по иммобилизации ионов металлов в результате сорбции грибными меланинами (природными биосорбентами).

Планируемые результаты:

Сведения о влиянии органического углерода на распределение меланизированных грибов при химическом загрязнении почв и проверке универсальности биоиндикационного показателя - доли темноокрашенных форм в разных почвенных условиях. Анализ сорбционной способности чистых культур меланизированных видов грибов по отношению к катионам металлов с целью разработки способов их иммобилизации и восстановления экологических функций почв. Обоснование предложения нового способа детоксикации почв с применением биосорбентов тяжелых металлов на основе биомассы меланизированных грибов

Оценка эффективности осушения минеральных гидроморфных тяжелосуглинистых почв Средней полосы России разными видами дренажа

Руководитель НИР: Ковалев И.В.

Подразделение: Лаборатория физики и технологии почв

Срок исполнения: 2 января 2023 г. - 30 декабря 2024 г.

Целью работы является теоретическое обоснование выбора наиболее эффективных и экологически безопасных технологий осушения минеральных гидроморфных тяжелосуглинистых почв в Средней полосе России, предложение методов и способов осушения почв, не требующих импортных материалов.

Планируемые результаты:

1. Впервые будет выполнена комплексная оценка последействия бестраншейного пластмассового дренажа в долгосрочном тренде - спустя 30 лет после введения его в эксплуатацию на тяжелосуглинистых гидроморфных почвах Московской области (массив «Кочкарево» на покровных бескарбонатных лессовидных суглинках, агросерые почвы) и в Кировской области (массив «Ивакинские пашни», на пермских красноцветных карбонатных глинах, дерновоподзолистые почвы). Проект позволит получить новые сведения о современном состоянии почв и осушенных полигонов и выполнить их сравнения с ранее полученными данными.
2. Будет дана сравнительная оценка эффективности действия траншейного гончарного и бестраншейного пластмассового дренажа, сети открытых каналов и их кавальеров на основе измерений модулей дренажного стока и учета урожайности с/х культур на разных типах почвообразующих пород.
3. Будут получены новые данные о химическом составе дренажного стока с полигонов, осушенных гончарным и пластмассовым дренажом и выполнены их сравнения с раннее полученными величинами (в первые годы последействия дренажа). На этой основе будет выполнена оценка экологических последствий осушения для прилегающих ландшафтов и гидрографической сети, оценки объема выноса питательных элементов с осушенных полей севооборота.
4. Будет выполнена тепловизорная и георадарная съемки осушенных и прилегающих ландшафтов, сравнение полученных карт с топографическими съемками 1988 г., сделаны выводы об эволюции антропогенно-измененных ландшафтов во времени, о состоянии дренажной системы и осушенного массива. Впервые будет дано теоретическое обоснование применения метода вертикального электрического зондирования для выявления нарушенных дренажных линий.
5. Будет оценена продуктивность дерново-подзолистых и агросерых оглеенных почв с естественным водным режимом в разных позициях ландшафта и их осушенных вариантов; будет установлена агроэкологическая целесообразность дренажа для разных типов почв и почвообразующих пород (на основе оценки урожайности в динамике по годам).
6. Будут раскрыты свойства и роль вторичных вертикальных литологических образований (обратных засыпок дренажных траншей и щелей пластмассового дренажа), возникающих при строительстве осушительных систем, впервые это будет сделано в динамике за последние 30 лет.
7. Теоретическим обоснованием выбора технологии дренажа станет детальное изучение гидрологического режима почв и прилегающих ландшафтов, сформированных на разных типах почвообразующих пород. Будут проанализированы данные по осадкам и температуре местной метеостанции и результаты влажности почв. Впервые в 30-летней динамике планируется построить хроноизоплеты влажности почв для почвенных профилей с учетом основных почвенно-гидрологических констант: влажности завядания (ВЗ), влажности разрыва капиллярной связи (ВРК), наименьшей влагоемкости (НВ или ППВ), полной влагоемкости (ПВ). Полученные результаты станут теоретической основой для выбора системы земледелия на осушенных почвах и сельскохозяйственных культур.
8. Впервые для тяжелосуглинистых почв будет рассчитана депрессионная кривая во времени и пространстве: 1 м от дрены, 5 м от дрены, на междренье, и сделан вывод о целесообразности выбранных параметров осушительной системы.
9. В ходе выполнения проекта планируется повторить исследования и измерения, которые были выполнены в первые годы последействия дренажа: определить основную гидрофизическую характеристику (ОГХ) - тензиометрическим методом, методом сорбционного равновесия с парами воды и экспериментально-расчетным методом (Воронин А.Д.,1986); рассчитать полную удельную поверхность по методу БЭТ, внешнюю поверхность - по Фарреру; изучить водопроницаемость (Кф) методом заливаемых квадратов (Н.А. Качинский (1965) и лабораторным методом - по Ханусу (Ковалев, 2007). Будет выполнено сравнение полученных результатов для обоснования выбора типа дренажных технологий (вид дренажа, материалы траншейных засыпок, нетканые и объемные фильтры) на разных почвообразующих породах.
10. Будет выполнена оценка влияния осушения на химические свойства исследуемых почв на основе: изучения общих химических свойств (рН, обменные основания, содержание элементов минерального питания, содержание углерода), валового состава, группового состава соединений железа в почвах с естественным увлажнением и в почвах, осушенных пластмассовым и гончарным дренажом на примере длительного экспериментально-мелиоративного опыта.
11. Будет изучен ОВП режим почв с естественным увлажнением и их осушенных аналогов в 30-летней динамике для разработки теоретического обоснования технологий разных способов осушения почв (будут составлены карты ОВПрежимов для изучаемых полигонов в целях выявления длительности периодов аэробной обстановки в почвенных профилях).
12. Будет исследована продуктивность почв осушенных массивов на основе изучения их гумусного состояния и его изменения в результате осушения. Будут получены новые мирового уровня данные о содержании, условиях стабилизации и механизмах трансформации специфических (гумусовые вещества) и неспецифических органических соединений в почвах, в ортштейнах.
13. Будет дана оценка биологической активности почв периодического переувлажнения прямыми и косвенными методами (по содержанию серы, азота, фосфора, изотопному анализу), впервые выполнен будет метагеномный анализ для гидроморфных и осушенных агросерых почв и ортштейнов. Результаты анализа позволят окончательно выяснить генезис железисто-марганцевых конкреций в минеральных полугидромрфных почвах.
14. На основе полученных данных будет дана оценка целесообразности реконструкции и эксплуатации существующих и строительства новых дренажных систем в Средней полосе России. Будут разработаны рекомендации по внедрению новых видов дренажа и фильтрующих материалов при создании улучшенных почв сельскохозяйственного назначения и разработаны теоретические обоснования для СНиПов по проектированию и строительству дренажных систем.
15. Результаты будут опубликованы в трех статьях WOS, 5 РИНЦ, доложены на международных и отечественных конференциях, представлены в СМИ и учебных курсах.

Влияние влажности на биологическую активность торфяных почв криолитозоны

Руководитель НИР: Матышак Г.В.

Подразделение: Лаборатория генезиса и классификации почв

Срок исполнения: 1 января 2023 г. - 31 декабря 2024 г.

Цель работы - оценка динамики углеродного баланса криогенных экосистем при изменении параметров их функционирования в случае климатических изменений или антропогенной нагрузки

Планируемые результаты:

По результатам первого года работ предполагается установление особенностей биологической активности и свойств торфяных почв, развивающихся в различных режимах увлажнения в условиях бугристых торфяников северной тайги Западной Сибири и ю. тайги. Будут получены предварительные результаты отклика торфяных образцов на изменение влажности по результатам лабораторных экспериментов. В полевых условиях будет оценен краткосрочный отклик биологической активности торфяных почв на изменение влажности. На втором году работ будут получены данные по результатам долгосрочных полевых экспериментов (трансплатация и камеры открытого типа) и оценено влияние изменения влажности на свойства торфяных почв, а также уточнены и расширены данные на основе детальных лабораторных экспериментов с манипулированием влажностью образцов торфа разного генезиса. На втором году будут адаптированы методики изучения биологической активности торфов. Полученные результаты позволят оценить влияние влажности на свойства торфяных почв разного типа, а также оценить методические особенности изучения отклика торфяных почв на изменение влажности.

Накопление и окисление сульфидов в маршевых почвах побережий Белого и Балтийского морей

Руководитель НИР: Конюшкова М.В.

Подразделение: Лаборатория картографии и диагностики почв

Срок исполнения: 10 января 2022 г. - 31 декабря 2023 г.

Цель работы - выяснение роли аккумуляции и окисления сульфидов в маршевых кислых сульфатных почвах в регулировании потоков вещества на контакте моря и суши на побережьях морей северо-запада России.

В результате выполнения проекта предполагается разработать частную теорию, описывающую распространение, свойства, геохимию и экосистемные функции кислых сульфатных почв побережий Белого и Балтийского морей. Значимость полученных результатов заключается в создании основы для общей концепции кислых сульфатных почв как геохимического барьера для одних элементов и своеобразного портала для перехода с суши в море для других элементов. Также полученные результаты позволят разработать систему фитоиндикации для кислых сульфатных почв побережий северных морей России.

Синтез ауксина в почвах разных типов

Руководитель НИР: Стрелецкий Р.А.

Подразделение: лаборатория экологического почвоведения

Срок исполнения: 1 января 2022 г. - 31 декабря 2023 г.

Цели работы: 1) Провести скрининг различных почв на активность синтеза ауксина и выяснить как эта активность связана с характеристиками почвы. 2) Изучить в модельных опытах, как активность синтеза ауксина в почве изменяется под воздействием пестицидов и тем самым рассмотреть ауксин как потенциальный маркер изменений микробного сообщества почвы под воздействием пестицидов.

Планируемые результаты:

1. Будет создана адаптированная методика для определения ауксина в почве методом ВЭЖХ-УФ;
2. На основе выборки почв, включающей почвы разных типов, почвы с загрязнениями различными поллютантами, почвы с разным уровнем сельскохозяйственной нагрузки, будет выявлено, как активность синтеза ауксина в почве связана с теми или иными почвенными характеристиками и свойствами. Будут рассмотрены такие основные характеристики, как содержание органического углерода и азота, общая микробная биомасса. Также будут приняты во внимание уровень загрязненности ПАУ, нефтепродуктами и пестицидами, а также степень вовлеченности в сельскохозяйственное использование;
3. В рамках лабораторных экспериментов модельных экспериментов на дерново-подзолистой, темно-каштановой почве и черноземе с внесением пестицидов в препаративной форме будет установлено, как поллютанты влияют на активность синтеза ауксина. Будет проведено сравнение чувствительности метода основанного на измерении ауксина в почве со стандартными методиками, основанными на оценке трансформации углерода и азота в почве.
4. Вероятно, что вследствие низкой инерционности, активность синтеза ауксина более чувствительный параметр, чем стандартные методики. Если это подтвердится, то будет предложен новый метод оценки влияния поллютантов на почвенное микробное сообщество, основанный на измерении ауксина в динамике.

Компоненты углеродного цикла почв экосистем Арктики и Субарктики: трансекта от арктической пустыни (арх. Новая Земля, арх. Земля Франца-Иосифа) до южной тундры (Северо-Восток Русской равнины)

Руководитель НИР: Бобрик А.А.

Подразделение: Кафедра общего почвоведения

Срок исполнения: 1 февраля 2022 г. - 31 декабря 2023 г.

Работа призвана дать ответ на следующие вопросы: 1. Каково распределение компонентов углеродного цикла почв (эмиссия СО₂, содержание общего, лабильного, микробного углерода) вдоль биоклиматической трансекты Арктического региона от арктической пустыни до южной тундры? 2. Каково пространственное варьирование компонентов углеродного цикла почв в различных природных зонах Арктики и Субарктики? 3. Какой вклад в глобальную эмиссию диоксида углерода вносят почвы Арктической зоны РФ? 4. Какие факторы среды и в какой степени оказывают влияние на эмиссию углерода из почв типичных экосистем Арктики и Субарктики? 5. Какие экосистемы Арктики и их параметры наиболее устойчивы в условиях меняющего климата? Чтобы ответить на эти вопросы необходимо оценить распределение компонентов углеродного цикла (содержание общего, лабильного, микробного углерода, эмиссия СО₂) в почвах основных экосистем арктической пустыни (арх. Новая Земля, арх. Земля Франца-Иосифа: о. Гукера, о. Хейса), типичной тундры и южной тундры (Северо-Восток Русской равнины, Ненецкий автономный Округ), что и является целью данного исследования.

Данная работа связана с развитием темы кандидатской диссертации соискателя гранта “Закономерности эмиссии парниковых газов почвами северотаежных и лесотундровых экосистем Западной Сибири” и исследования, успешно выполненного по гранту МК-1181.2018.5 “Закономерности распределения компонентов углеродного цикла в почвах типичных экосистем Западной Сибири вдоль биоклиматической и геокриологической трансекты от южной тайги до южной тундры”. Продолжением темы проведенных ранее исследований является продление трансекты на север до арктической пустыни (архипелаг Новая Земля, архипелаг Земля Франца-Иосифа).

Планируемые результаты:

Ожидаемые по окончанию исследования результаты внесут не только фундаментальный научный вклад в область исследований экологии специфических и широко распространенных экосистем Арктики и Субарктики, но позволят выявить и уточнить факторы и механизмы, определяющие потоки парниковых газов из данного региона. Главным результатом данного успешно выполненного исследования будет установление закономерностей распределения компонентов углеродного цикла (содержание общего, лабильного, микробного углерода, эмиссия диоксида углерода) в почвах типичных экосистем Арктического и Субарктического регионов вдоль естественных градиентов окружающей среды.

Почва как геохимический барьер для радионуклидов

Руководитель НИР: Толпешта И.И.

Срок исполнения: 1 июля 2023 г. - 30 июня 2026 г.

Проект направлен на изучение взаимодействия почв с радионуклидами, установление закономерностей и механизмов сорбции радионуклидов почвами в целом и отдельными компонентами почв, прочности закрепления, особенностей распределения в ландшафте в контексте безопасного захоронения радиоактивных отходов и реабилитации загрязненных радионуклидами территорий.

Планируемые результаты:

Будут всесторонне изучены химические свойства и минеральный состав основных генетических горизонтов торфянисто-подзолисто-глееватой почвы и установлены закономерности сорбции радиостронция и радиоцезия, определены механизмы и прочность закрепления этих радионуклидов почвами и установлена роль отдельных почвенных компонентов в сорбции Cs и Sr.

Мелиорация и охрана почв. Новые подходы с использованием полимерных композиционных материалов

Руководитель НИР: Якименко О.С.

Срок исполнения: 1 июля 2023 г. - 30 июня 2026 г.

Цель проекта – создание почвенных мелиорантов на основе полимерных композиционных материалов для комплексного решения природоохранных задач: эффективной защиты почв от ветровой и водной эрозии, улучшения агрофизических и агрохимических свойств почв, восстановления загрязненных и нарушенных почв и поддержания почвенного биоразнообразия.

Планируемые результаты:

В ходе выполнения проекта будут получены принципиальные результаты, касающиеся поведения многокомпонентных систем с участием полимеров и мелкодисперсных частиц органического происхождения, к числу которых относятся компоненты природной среды (лигнин, почва) и отходы сельскохозяйственного производства. Анализ полученных результатов позволит:

• расширить круг биодеградируемых объектов, которые могут быть использованы для получения многофункциональных почвенных мелиорантов;
• разработать протокол нанесения мелиорантов на поверхность почвы;
• описать механизм формирования и структуру защитных полимерно-почвенных покрытий на обработанной поверхности;
• количественно оценить механические свойства покрытий и их устойчивость к ветровой и водной эрозии;
• количественно описать влияние полученных мелиорантов на химические и биологические свойства почв;
• выявить взаимосвязь между составом мелиоранта и достигнутым практическим эффектом (структурообразование, борьба с эрозией, улучшение качества почвы, иммобилизация токсикантов и др.);
• предложить алгоритм выбора мелиоранта для решения конкретных сельскохозяйственных и природоохранных задач;
• оценить перспективы практического применения полученных мелиорантов.

Количество НИР, выполняемых в рамках хоздоговоров, в 2023 году – 27. 4 их них продолжали работы, начатые в предыдущие годы. Заказчиками работ по 23 договорам выступали коммерческие организации (добывающие предприятия, производители удобрений и препаратов для сельского хозяйства, компании, оказывающие экологические услуги и научно-внедренческие организации), по 4 – институты РАН и др. бюджетные учреждения.

Основные направления работ следующие:

1. оценка токсичности различных субстратов методами биотестирования, установление класса опасности отходов (руководители Горленко А.С., Терехова В.А., Ковалева Е.И., Вавилова В.М.);
2. оценка влияния предприятия на окружающую среду (руководитель Горленко А.С.);
3. экспертиза экологической документации (руководитель Горленко А.С.);
4. разработка алгоритмов ремедиации почв (руководитель Трофимов С.Я.);
5. испытание агрохимических препаратов (руководитель Воронина Л.П.).
6. разработка новых методик биотестирования (руководитель Терехова В.А.)
7. разработка нормативов качества почв (руководитель Трофимов С.Я.)
8. установление влияния микробиальной активности на изоляционные свойства компактированных глинистых материалов (руководитель Толпешта И.И.)
9. работы по разработке национальной системы мониторинга углерода в рамках важнейшего инновационного проекта государственного значения (руководитель Красильников П.В.).

Факультет почвоведения входит в консорциум «Ритм углерода» в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения (ВИП ГЗ). Проект направлен на создание «Единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ». В течение 2023 г. для выполнения ВИП ГЗ факультетом почвоведения МГУ созданы и/или модернизированы 10 пробных площадей мониторинга пулов и потоков углерода и поддержаны 5 временных площадок наблюдений в типичных наземных экосистемах лесной зоны России. Это мерзлые бугристые торфяники в тайге западной Сибири (Ямало-Ненецкий автономный округ), сосново-ельники кислично-черничные (Звенигородская биостанция МГУ) и ельники с присутствием березы или клена (УОПЭЦ МГУ «Чашниково») в подтайге (Московская область). В тайге Западной Сибири на 5 пробных площадях на мерзлых бугристых торфяниках в результате полевых исследований по методике экстенсивного мониторинга определены запасы фитомассы и углерода в почвах.

Подробнее: Хоздоговорные научно-исследовательские работы в 2023 году

В 2023 году проведены работы по 50 научным темам, из которых 8 тем финансировалось в рамках государственного задания МГУ, 1 тема выполнялась в рамках Распоряжения Правительства РФ № 2515-р от 2 сентября 2022 года в рамках реализации важнейшего инновационного проекта государственного значения, направленного на создание единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ.

Остальные исследования выполнялись при поддержке субсидий из федерального бюджета, грантов РНФ, Президента РФ, хоздоговоров и международных проектов в рамках диалогового партнерства Россия-АСЕАН.

Суммарный объем проведенных научных исследований в 2023 г. составил 307 738 000 руб., в т.ч. по темам госзадания (госбюджет) – 138 292 000 руб., грантам РНФ – 51 000 000 руб,, грантам Президента РФ – 1 200 000 руб., хоздоговорам – 40 040 000 руб, по Научно-техническим программам – 19 367 000 руб., по договорам с международными организациями и компаниями – 4 146 000 руб., средства из других источников – 53 692 000 руб.

За 2023 год опубликовано 10 монографий, 179 научная статья в журналах РИНЦ и 160 статей в зарубежных журналах, в т.ч. 22 – в журналах из списка top-25, 110 – в журналах WOS, 9 – в журналах Scopus. В 2023 году на факультете почвоведения было организовано и проведено 11 научных конференций и школ. Результаты научных исследований успешно внедрены в образовательную деятельность факультета. За прошедший год издано 9 учебных пособий, 1 учебник и 1 учебно-методическая литература. В 2023 г. в аспирантуре факультета обучалось 86 человека, численность соискателей – 4, докторантов – 4. Сотрудниками факультета защищена 1 диссертация на соискание степени к.б.н.

В 2021 году Объединённая европейская программа по почвам (EJP SOIL) впервые объявила открытый конкурс, в котором могли участвовать международные коллективы. Финансирование обеспечивали научные фонды каждой из стран, коллективы из которых принимали участие в конкурсе, или, для развивающихся стран, Глобальный альянс по изучению парниковых газов в сельском хозяйстве (GRA).

На конкурс было подано 75 заявок, из которых 11 было рекомендовано к финансированию. Среди них - проект «Композитные добавки на основе полимеров для связывания органического углерода в почве», подготовленный учёными с факультета почвоведения и химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Это единственный проект, где организация-координатор находится за пределами западной и центральной Европы.

В проекте также принимают участие: National Institute of Agricultural Technology (Аргентина), Hungarian University of Agriculture and Life Sciences (Венгрия), University of Palermo (Италия), Colegio de Postgraduados (Мексика), Makerere University (Уганда). Обширная география участников позволит провести апробацию предлагаемых композитных добавок на почвах, относящихся к различным типам и функционирующим в контрастных климатических условиях. На каждой экспериментальной площадке будет изучено влияние применения препаратов на углеродный баланс, эмиссию и поглощение парниковых газов, оценена экономическая эффективность.