ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Целью выполнения темы государственного задания является систематизация имеющихся теоретических данных и экспериментальное выявление наиболее информативных биомаркеров и их количественных пределов для диагностики экологического состояния почв и сопредельных сред естественных и урбоэкосистем, разработка методологии их применения в оценке функционирования почв в прошлом, настоящем и будущем. Поиск новых биомаркеров будет выполнятся одновременно на разных уровнях структурной организации почв и в соответствии с различными функциями почв разных горизонтальных и вертикальных природных зон современной и палеобиосферы. Полученные результаты могут быть использованы в сельском хозяйстве, в экологии, в климатологии и т.д..
Technological progress and the development of laboratory equipment, the emergence of high-performance liquid chromatography methods that combine gas chromatography and isotope mass spectrometry, scanning electron microscopy, metagenomic studies determine the modern possibilities for studying the structure of various substances in order to search for individual markers (indicators) of soil processes, the ecological state of soils and adjacent environments, diagnosing the degree of soil toxicosis, the degree of hydromorphism, the intensity of biochemical processes over time, assessing the biological activity of soils and the degree of stability of organic matter, etc. Biomarkers are organic substances of known genesis and structure that have a specific origin, are resistant to degradation, are diagnosed on all levels of organization of the soil mass (from the atom to the horizon and the profile as a whole) and reflecting the nature of soil functioning in space and time. Meanwhile, with a large amount of information about the groups of compounds (lipids, humic acids, lignin, carbohydrates, amino acids, etc.), the modern database on the content in soils and adjacent environments of individual substances of biological origin that make up these groups is extremely scarce. The potential of soil proper (based on the study of soil properties and mechanisms of soil processes) biomarkers is not sufficiently used in agricultural practice and in the organization of rational nature management. For example, they require the development and implementation of methods for biotesting soils and soil-like bodies of beaches, treatment facilities, etc. for the content of pathogenic viruses and microbes. The effects of the impact of commercial humates on plant and microbial cenoses, the mechanisms of the occurrence and overcoming of allelopathy and toxicosis of soils, and the control of phytohormonal activity of soils require study. It is necessary to modify biopreparations used for soil remediation. Successful implementation of the developed technologies can be carried out on the basis of GIS mapping. Taking into account global climate change, it is very important to build predictive scenarios for the state of the natural environment based on a retrospective analysis. Such an analysis involves studying the evolution of soils over time. Of particular importance is the reconstruction of the paleolandscape situation during the last interglacial period (MIS5), since these landscapes were the closest to modern ones. Their dynamics can be assessed based on the study of buried soils using a set of innovative biochemical methods. The purpose of fulfilling the topic of the state assignment is to systematize the available theoretical data and experimentally identify the most informative biomarkers and their quantitative limits for diagnosing the ecological state of soils and adjacent environments of natural and urban ecosystems, develop a methodology for their application in assessing the functioning of soils in the past, present and future. The search for new biomarkers will be carried out simultaneously at different levels of soil structural organization and in accordance with the different functions of soils in different horizontal and vertical natural zones of the modern and paleobiosphere. The results obtained can be used in agriculture, ecology, climatology, etc.
Будут проанализированы, модифицированы по мере необходимости и разработаны новые методики определения биомаркеров, необходимые для практики мониторинга объектов окружающей среды, например 1) будет разработана методика определения токсинов и патогенных организмов для почв, осадков сточных вод и пляжных грунтов, разработаны критерии оценки рисков от потенциально опасных патогенных организмов в почвах и в органических удобрениях. На основе метагеномного анализа будет дана оценка обеззараживающего эффекта разных очистных сооружений, которые являются источниками биогенных элементов для почв и сырьем для производства органических удобрений; 2) будет модифицирована существующая методика определения лигниновых фенолов в почвах и тканях растений; 3) будет модифицирована для почв методика определения фитогормонов; 4) будут модифицированы для условий газо-жидкостной хроматографии методики определения аминокислот и аминосахаров; 5) будут обобщены существующие методические подходы к определению изотопных биомаркеров; 6) будет усовершенствована методика определения н-алканов в почвах; 7) будут разработаны новые методы определения аллелотоксинов в почвах и сопредельных средах.
Работа будет выполнена на основе достижений экологического почвоведения, так как коллектив лаборатории экологического почвоведения факультета почвоведения МГУ, являясь правопреемником Института экологического почвоведения МГУ, более 20 лет успешно работает в области исследования функций почв, обладает необходимым высокотехнологичным оборудованием и накопил значительную теоретическую и практическую научную базу в области технологий регулирования функций почв в биосфере и жизни человека. Традиционно в лаборатории экологического почвоведения в соответствии с концепцией структурно-функциональной роли почвы в биосфере исследования выполняются на различных уровнях (от микроуровня почвенных биомов до макроуровня почвенного покрова) организации почвенной массы и с позиций многообразия различных экосистемных функций почв. Авторский коллектив работает в области тонкой биохимии почв в течение последних 30 лет. За этот период работы авторами темы в накоплена обширная база данных о наиболее инерционных почвенных органических соединениях, их свойствах, о составе гумуса и путях трансформации растительных остатков в современных и погребенных горизонтах почв и педолитоседиментационных толщах разных временных срезов и природных зон. Накоплен банк данных по изучению изотопного состава биогенных элементов. Аналитическая база лаборатории включает электронный микроскоп, высокотехнологичное хроматографическое и спектрофотометрическое оборудование, оборудование для метагеномных исследований.
Все запланированные на 2022 г. результаты достигнуты: проанализированы, модифицированы по мере необходимости и разработаны новые методики определения биомаркеров, необходимые для практики мониторинга объектов окружающей среды, например: 1) на основе литературного обзора предложена методика определения токсинов и патогенных организмов для почв, осадков сточных вод, разработаны критерии оценки рисков от потенциально опасных патогенных организмов в почвах и в органических удобрениях. На основе литературного обзора дана оценка обеззараживающего эффекта разных очистных сооружений, которые являются источниками биогенных элементов для почв и сырьем для производства органических удобрений; 2) на основе апробации метода метагеномного анализа проанализирована структура микробного сообщества сточных вод 3) модифицирована существующая методика определения лигниновых фенолов в почвах и тканях растений; 4) модифицирована для почв методика определения фитогормонов; 5) модифицированы для условий газо-жидкостной хроматографии методики определения аминокислот и аминосахаров; 6) обобщены существующие методические подходы к определению изотопных биомаркеров; 7) усовершенствована методика определения н-алканов в почвах; 8) разработаны новые методы определения аллелотоксинов в почвах и сопредельных средах; 9) апробированы методы ИК и ЯМР-спектроскопии для разных типов объектов (гуминовых кислот и водорастворимого органического вещества); 10) модифицированы и апробированы методы фитолитного и микроморфологического анализа для низкоуглеродных плейстоценовых почв и образцов пыли; 11) полученные результаты широко популяризованы для разных групп населения при реализации проекта ”Экологическое содружество”. Практическая значимость проделанной работы состоит в том, что отчет содержит готовые к практическому употреблению методики, протестированные на различных объектах зонального ряда почв, соответствующие современному уровню биохимического анализа и сопоставимые с методами мировой науки. Научная значимость исследования состоит в том, что полученные данные могут быть использованы в обновлении теоретической базы почвенной биохимии, а также в выявлении новых биомаркеров трансформации органического вещества почв. Результаты исследований опубликованы в 10 статьях WOS/SCOPUS, в том числе в 3-х статьях из списка Q1, а также в ряде статей RSCI и РИНЦ, доложены на отечественных и международных конференциях, оформлены в виде 6 патентов.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Этап 1. Разработка и модификация методов определения почвенных биомаркеров |
Результаты этапа: Все запланированные на 2022 г. результаты достигнуты: проанализированы, модифицированы по мере необходимости и разработаны новые методики определения биомаркеров, необходимые для практики мониторинга объектов окружающей среды, например: 1) на основе литературного обзора предложена методика определения токсинов и патогенных организмов для почв, осадков сточных вод, разработаны критерии оценки рисков от потенциально опасных патогенных организмов в почвах и в органических удобрениях. На основе литературного обзора дана оценка обеззараживающего эффекта разных очистных сооружений, которые являются источниками биогенных элементов для почв и сырьем для производства органических удобрений; 2) на основе апробации метода метагеномного анализа проанализирована структура микробного сообщества сточных вод 3) модифицирована существующая методика определения лигниновых фенолов в почвах и тканях растений; 4) модифицирована для почв методика определения фитогормонов; 5) модифицированы для условий газо-жидкостной хроматографии методики определения аминокислот и аминосахаров; 6) обобщены существующие методические подходы к определению изотопных биомаркеров; 7) усовершенствована методика определения н-алканов в почвах; 8) разработаны новые методы определения аллелотоксинов в почвах и сопредельных средах; 9) апробированы методы ИК и ЯМР-спектроскопии для разных типов объектов (гуминовых кислот и водорастворимого органического вещества); 10) модифицированы и апробированы методы фитолитного и микроморфологического анализа для низкоуглеродных плейстоценовых почв и образцов пыли; 11) полученные результаты широко популяризованы для разных групп населения при реализации проекта "Экологическое содружество". Практическая значимость проделанной работы состоит в том, что отчет содержит готовые к практическому употреблению методики, протестированные на различных объектах зонального ряда почв, соответствующие современному уровню биохимического анализа и сопоставимые с методами мировой науки. Научная значимость исследования состоит в том, что полученные данные могут быть использованы в обновлении теоретической базы почвенной биохимии, а также в выявлении новых биомаркеров трансформации органического вещества почв. Результаты исследований опубликованы в 5 статьях WOS/SCOPUS, в том числе в 2-х статьях из списка Q1, а также в ряде статей RSCI и РИНЦ, доложены на отечественных и международных конференциях, оформлены в виде 1 патента. | ||
2 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Этап 2. Оценка устойчивости почвенных биомаркеров в дневных и погребенных почвах естественных и урбоэкосистем, в природных водах, осадках сточных вод, в грунтах. |
Результаты этапа: Целью исследования в 2023 г. стал анализ устойчивости почвенных биомаркеров в дневных и погребенных почвах естественных и урбоэкосистем Русской равнины и вертикальных зон Кавказа, а также Главной гряды Крымских гор, в природных водах, осадках сточных вод, в грунтах. На основе анализа различных резервуаров охарактеризованы пулы почвенных биомаркеров для макро-, мезо-, микро и субмикроуровней организации почвенной массы с оценкой их информативности; 3) Выполнены исследования различных биомаркеров с оценкой их устойчивости для различных почв и сопредельных сред (вода, осадки очистных сооружений, семена растений, педолитоседименты); 4) оценена степень и возможности стабилизации и сохранности биомаркеров в почвах, в разных позициях рельефа, в разных системах землепользования, в дневных и погребенных почвах разного возраста. Результаты исследований опубликованы в 3 статьях RSCI, 3 WOS, 3 SCOPUS, двух монографиях, 10 статьях РИНЦ, представлены в виде 17 докладов на отечественных и международных конференциях, оформлен патент и защищена кандидатская диссертация по теме государственного задания. Установлено, что гомологический набор н-алканов в горизонтах почвенного профиля формируется как результат эволюции фитоценоза в ходе первичной или вторичной (например агрогенной) сукцессии и определяется совместным вкладом современных надземных и подземных источников липидов, а также реликтовым органическим веществом предшествующих стадий растительной сукцессии. В зоне южной тайги следы антропогенного воздействия на почву (пашня, пастбище, сенокосный луг) могут сохраняться в химическом составе липидов не менее 200 лет, а, возможно, и до 400 лет. Показано, что среди почвенных бактерий встречаются гены, ответственные за деградацию н-аканов, что может искажать результаты анализа алканов-биомаркеров в почве. С другой стороны, доступность алканов в почве существенно ниже, чем в искусственной жидкой среде, что позволяет предполагать, что в ней скорость биодеградации будет значительно снижена. Также в данном исследовании установлено, что ускорение биоразложения наблюдается в присутствии нафталина. Выделено несколько групп аминокислот, являющихся наиболее стабильными. С глубиной по профилю содержание и разнообразие аминокислот резко снижается, при этом в общем пуле возрастает число нейтральных – устойчивых к минерализации. Неполярные (гидрофобные) варианты нейтральных аминокислот, по представленным данным, преобладают в инертном органическом веществе илистой фракции лесостепных почв и плиоценовых глин. Исследование кинетики потребления микрорганизмами разнозаряженных аминокислот позволяет отметить, что положительно заряженные аминокислоты, такие как лизин, могут прочно удерживаться почвой в обменном состоянии, в сравнении с нейтральными и отрицательно заряженными (глицин, глутамат), что может значительно влиять на их биодоступность и увеличивать время присутствия в почве. Кислые (заряженные отрицательно) аминокислоты хуже всего задерживаются в почве. Проведенное изучение существующих подходов к оценке почвенной аллелотоксичности показало, что методы химического анализа почв не позволяют оценить совместное влияние комплекса аллелотоксинов на растения, поэтому основным подходом для изучения данного свойства является биотестирование. Аллелотоксичность в большинстве случаев снижает скорость развития семян в почвах, различных по своему типу и истории землепользования. При этом замедление развития семян почвами зависит от их сорта, т.е. сорт, проявляющий наибольшую устойчивость к комплексу аллелотоксинов одной почвы, будет сохранять это свойство относительно других сортов при переходе к другой почве. Использование сорбционных составов для стимуляции семян за счёт сорбции аллелотоксинов эффективно для яровой пшеницы сортов Лиза и Злата. Добавление автолизата пивных дрожжей в бентонито-гуматовую смесь позволяет повысить универсальность препарата за счёт заполнения активных центров сорбента, которые могут закреплять стимулирующие вещества, поступающие из почв в семена. Совместное применение состава на основе бентонита кальция, гумата и автолизата пивных дрожжей в сочетании с субстратами дыхательного метаболизма, гормонами роста растений, стимуляторами широкого спектра действия, исследованными в работе, позволяет значительно увеличить эффективность их использования для предпосевной обработки семян. Апробация препарата-стимулятора на основе глино-гумусового комплекса с добавлением автолизата пивных дрожжей, полиэтиленгликоля и гиббереллина в лабораторных и полевых условиях показала статистически значимое увеличение полевой всхожести и проективного покрытия побегов при применении состава. Установлено, что происходит уменьшение удельной поверхности пахотных горизонтов почвы при интенсивной распашке типичных черноземов в следствие потери органического вещества, ухудшения агрегатного, микроагрегатного состояния и структуры порового пространства, особенно значительное на бессменном пару. Пахотные типичные черноземы опыта имеют более высокие значения по сравнению с бессменным паром. На водоразделе участка с лесополосой превышение величины удельной поверхности пахотного горизонта чернозема типичного является незначительным по сравнению с контролем. Исследования, выполненные в 2023 г. с помощью биомаркеров в низовьях Волги на геоархеологическом памятнике Водянское городище, расположенном на ежегодно разрушающемся абразивном берегу, обнаружили, что гумидные и аридные климатические эпизоды ритмично чередовались во времени, сопровождаясь повышением-понижением уровня грунтовой воды, что подтверждаются и обратной корреляцией изотопных отношений углерода с величинами магнитной восприимчивости почв (коэффициенты корреляции –0,53 - –0,96). В эпохи повышенного увлажнения и подъема уровня воды в реках жизнь городищ становилась невозможной вплоть до полного уничтожения детинцев, и культуры сменяли друг друга. Капиллярное подтопление городища наряду с прогрессирующем засолением почв в засушливые эпохи способствует развитию оползней и обрушений берега. Исследованные свойства почв подтверждают существование аридного климатического эпизода в позднем средневековье, пришедшего на смену более влажному периоду средневекового климатического оптимума, а также увеличение увлажненности климата в Малый ледниковый период и современную эпоху. Сравнительный анализ вариаций изотопного состава насыпей геоархеологических памятников разных природных зон обнаруживает некоторые общие закономерности. Утяжеление изотопных отношений характерно для культурных слоев геоархеологических памятников во всех природных зонах и маркирует эпохи бытования культур, однако, механизмы этого процесса требуют дальнейших исследований. Во-вторых, зигзагообразные формы изотопных кривых позволяют выявить этапы стабильного почвообразования на поверхности насыпей и этапы подсыпки сооружений. Несмотря на преимущественное распространение травяной растительности на дневной поверхности памятников, изотопная подпись погребенных почв отражает тип господствующей зональной растительности и через особенности типа фотосинтеза позволяет реконструировать особенности климата региона различных хроноэтапов существования объектов. В ходе выполненных в 2023 г. исследований дневных и погребенных почв кургана Шумный в центре степной части Краснодарского края впервые установлено, что изменение климата в сторону засушливости и увеличения теплообеспеченности характерны для степной зоны в целом в атлантический период голоцена (AT-3), 5700-5500 л.н.; для Кубано-Приазовской низменности и Закубанской равнины – в суббореальный период (SB-1), 4300-4200 л.н., а также более мягкие с возросшей влагообеспеченностью и менее контрастные условия - в суббореальный период (SB-3), 3500-3000 л.н., - для Закубанской равнины. | ||
3 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Этап 3. Механизмы регулирования активности биомаркеров в почвах и сопредельных средах. |
Результаты этапа: | ||
4 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Этап 4. Технологии использования биомаркеров в мониторинге почв и сопредельных сред. |
Результаты этапа: | ||
5 | 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. | Индикация экологического состояния почв и сопредельных сред палеоэкосистем. |
Результаты этапа: | ||
6 | 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. | Биомаркеры в индикации экологического состояния антропогенных экосистем |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".