Разработка почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности, их теоретическое и методологическое обоснованиеНИР

Development of soil technology for food and environmental safety, their theoretical and methodological bases

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Разработка теоретических основ почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности
Результаты этапа: В ходе выполнения государственного задания в 2017 г. на основе фундаментальных исследований в области химии почв, физики почв, биологии почв, картографии и экологического инжиниринга и разработаны теоретически обоснованы возможности использования почвенных технологий. Имеющиеся разработки не только методологически обоснованы, но и экспериментально апробированы в естественных и агроэкосистемах различных природных зон равнинной и горной России. Разработаны конкретные почвенные технологии в области повышения урожайности сельскохозяйственных культур, получения гуминовых препаратов, землепользования и картографирования, почвенно-экологического инжиниринга, палеоклиматических реконструкций. Продолжены работы по развитию системы почвенно-образовательных технологий в области экологического просвещения населения на новых образовательных площадках и в медиа-среде. В 2017 г. организована и проведена Международная междисциплинарная научная конференция "Человек и природа: проблемы социоестественных исследований" (18-22 сентября, Крым, Никитский ботанический сад), международная междисциплинарная молодежная научная школа "Человек и природа. Стратегии экологической безопасности" (23-24 сентября, Крым, Никитский ботанический сад). Организована и проведена ежегодная телекоммуникационная конференция "Природу России сохранят дети"
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Разработка методологии почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности
Результаты этапа: Коллектив лаборатории экологического почвоведения, являясь правопреемником Института экологического почвоведения, более 20 лет успешно работает в области исследования функций почв и накопил научные разработки, касающиеся способов их регулирования. Значительные объемы экспериментального материала имеются в области производства и использования гуминовых препаратов, технологий осушения почв, методов биодиагностики, ГИС-картографирования, палеоклиматических и палеоландшафтных реконструкций, мониторинга и землепользования, новейших агротехнологий и технологий экологического образования и т.д. Коллектив объединяет ведущих ученых - признанных специалистов в области химии, физики, палеопочвоведения, почвенно-ландшафтного инжиниринга, картографии. Целью выполнения темы государственного задания «Разработка почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности, их теоретическое и методологическое обоснование» является систематизация имеющихся теоретических данных и создание на основе существующего в лаборатории научного задела готовых к практическому внедрению инновационных почвенных технологий. Последние включают весь спектр уровней структурной организации почв и могут быть использованы как на уровне почвенного покрова в целом при оценке землепользования, так и на уровне почвенных биомов, как, например, при оценке токсичного воздействия пестицидов. В ходе выполнения государственного задания в 2018 г. все запланированные на год задачи выполнены. На основе фундаментальных исследований в области химии почв, физики почв, биологии почв, картографии и экологического инжиниринга продолжена разработка новых инновационных почвенных технологий обеспечения экологической и продовольственной безопасности, их теоретическое обоснование. Имеющиеся разработки не только методологически обоснованы, но и экспериментально апробированы в естественных и агроэкосистемах различных природных зон. Разработана методология и предложены новые почвенные технологии обеспечения продовольственной и экологической безопасности: ГИС-технологии для оценки эффективности землепользования (Алябина И.О., Кириллова В.А.); технологии оценки пространственной неоднородности почвенных свойств для экологического и экономического обоснования видов землепользования (Сорокин А.С.); технологии преодоления "токсикоза почв" (Федотов Г.Н.); технологии оценки токсического действия фитогормонов и пестицидов на функционирование почвенной биоты (Стрелецкий Р.А.), технологии фиторемедиации нефтезагрязненных почв (Терехова В.А.) и диагностики ароматических углеводородов в почвах (Демин В.В.); технологии оценки эффективности гуминовых препаратов (Демин В.В., Салимгареева О.А.); технологии палеоэкологических реконструкций и прогнозирования климата (Ковалева Н.О., Макеев А.О., Столпникова Е.М., Решетникова Р.А.). Часть разработанных технологий представлена к патентованию. Разработаны инновационные образовательные технологии (Ковалева Н.О., Рыхликова М.Е., Салимгареева О.А., Стрелецкий Р.А., Рыбальский Н.Н., Емельяненко Ю.А.). В 2018 г. организованы и проведены научные конференции и молодежные научные школы: 1) XXVIII Международная междисциплинарная конференция «Человек и природа: проблемы глобализирующегося мира», 12-14 сентября 2018 г., г. Севастополь, Россия (50 участников из России, Украины, Чехии, Казахстана); 2) III Международная междисциплинарная молодежная школа «Человек и природа перед вызовами глобализации» 10-11 сентября в г. Севастополь (100 участников из России, Украины); 3) III Международная молодежная научная школа «Методы оценки биологической активности гуминовых продуктов», факультет Почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, Россия, 6-8 декабря 2018; 4) Международная молодежная школа по палеопочвоведению «Paleosols and climate change». 7-8 июля 2018, Wuerzburg, Германия; 5) ежегодная телекоммуникационная конференция "Природу России сохранят дети".
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Разработка почвенных технологий обеспечения продовольственной безопасности
Результаты этапа: В 2019 г. коллектив лаборатории экологического почвоведения факультета почвоведения МГУ продолжил работу по теме государственного задания «Разработка почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности, их теоретическое и методологическое обоснование» под руководством заведующего лабораторией д.б.н. Ковалевой Н.О.. В рамках выполнения части темы, посвященной методологическому обоснованию разрабатываемых технологий представлен обзор развития модельных представлений в почвоведении (с.н.с. Рыбальским Н.Н.). Рассмотрен общий вид моделей и их классификация, релевантная почвенным исследованиям. Выделяются функционально-аналитические и пространственные (геометрически-топологические) модели. Вводится концепт «почва-пространство». Выполнен анализ пространственных моделей. Сформулирована задача создания цифровой модели почв. В 2019 году была продолжена работа (н.с. Кирилловой В.А., в.н.с. Урусевской И.С., инж. Голозубовым Д.О.) над разработкой технологии оперативного анализа и оценки агроэкологического состояния сельскохозяйственных почв и земель для оптимизации управления почвенными ресурсами на основе Информационной системы “Почвенно-географическая база данных России”. В настоящий момент в разработке находятся приложения автоматизированного расчёта нормативной урожайности зерновых культур и потенциальной урожайности - для поля/произвольного контура на территории Московской области. Для расчётов будут использоваться оперативные данные агрохимических наблюдений, архивные данные почвенных обследований, хранящиеся в региональных почвенных дата-центрах, структурно входящих в распределённую ИС ПГБД РФ, и другая необходимая информация. Значительный объём работы составляет перевод различных свойств почв и территории в коэффициенты и показатели, участвующие в расчётах, на основе используемых методик и литературных источников. В задачу подсистем входит сбор всей необходимой информации для заданного пользователем участка от нескольких дата-центров, расчёт «на лету» заданных показателей, наложение на картографическую основу и формирование результирующих карт и таблиц. Для выполнения расчетов оценки нормативной урожайности произвольного контура на территории Московской области по утвержденной правительством Московской области схеме будет сформирована многослойная структура пространственных данных, включающая базу данных таблиц расчета коэффициентов, участвующих в расчете оценки нормативной урожайности. На примере водосборного бассейна Суой Сап, провинция Сон Ла (Вьетнам) проведен анализ хозяйственного использования территории (в.н.с. Щегольковой Н.М., с.н.с. Харитоновым С.Л.). Для оценки были использованы материалы маршрутных обследований, выполненные сотрудниками Вьетнамского Национального Университета Леса. Проведен анализ климатических условий, почвенных и растительных ресурсов, а также хозяйственное использование территории. Исследуемый участок расположен в северной, гористой части Вьетнама. Установлено, что на водосборной площади преобладают склоны длиной от 500 до 2000 м. (87%) с крутизной от 100 до 400 (90%). Количество выпадающих осадков (дожди) составляет более 1750 мм, причем основное их количество приходится на летне-осенние месяцы (май-сентябрь). Это способствует развитию эрозионных процессов, увеличению площадей загрязненных и деградированных земель. В связи с этим организация рационального и эффективного использования земель должна предусматривать создание оптимальных условий для воспроизводства и охраны почвенного плодородия, повышение ее роли в сельскохозяйственном производстве. Проведенный анализ влияния природных и иных факторов на состояние земельных ресурсов водосборного бассейна позволил рекомендовать применение наиболее рациональных и правильных критериев оценки, способов и методов использования земельных ресурсов данной территории. В целом решение данной проблемы для аналогичных территорий Вьетнама требует определения критериев эколого-экономической эффективности использования земель, проведения анализа землепользования, разработки научно-методического подхода к проведению качественной оценки контроля использования земель в условиях развития аграрной экономики. При разработке эффективных технологий землепользования территории была использована система ВОКАТ (WOCAT). Повышение продовольственной безопасности многих стран мира во многом обязано ощутимому росту продуктивности сельского хозяйства, что напрямую связано с достижением рынком продовольствия своего стабильного состояния, которое обеспечивается, в том числе, и за счёт интенсификации производства. Поэтому продолжена разработка технологий обеспечения продовольственной безопасности. Использование в традиционных системах земледелия химических средств защиты растений, минеральных удобрений и генетически модифицированных организмов способствует лишь краткосрочной устойчивости агроэкосистем и уже привело к разного рода негативным экологическим последствиям: потери органического углерода почв и биоразнообразия, дисбаланс питательных элементов в почве, загрязнение воды и почв, что в итоге повышает риски в условиях изменения климата и снижает качество продукции в общем. Поэтому сейчас в мире всё большую популярность набирают инициативы по устойчивому управлению земельными ресурсами, а в контексте сельского хозяйства их две: альтернативные методы земледелия, а в частности – биологизированные органические подходы, благодаря которым человечество теперь имеет возможность выбирать, хотя и несколько более дорогую продукцию, но и с более высокими качественными характеристиками, к тому же, формирование и расширение рынка органической продукции может дать реальный импульс в направлении устойчивого развития: амортизация негативных последствий глобализации в сфере производства и потребления продуктов питания, добычи и производства минеральных удобрений и средств химической защиты растений; и более общая – поддержание нейтрального баланса деградации земель, характеризируемого тремя важнейшими составляющими: экономической, экологической и социальной, оптимальное соотношение которых способно обеспечить устойчивое управление земельными ресурсами, то есть управление экологическими ресурсами для удовлетворения растущих потребностей населения, обеспечивающее их долгосрочную устойчивость. Приемы органического земледеления исследовались с.н.с. Сорокиным А.С. на модельном полигоне в Калужской области. На основе сравнения прорастания семян и развития из них растений в почвах и песке установлено (в.н.с. Федотовым Г.Н.) наличие торможения прорастания семян зерновых культур в почвах Восточно-Европейской равнины по сравнению с песком. Из вегетационных опытов следует, что замедление прорастания семян и развития проростков семян, наблюдаемое за первые двое суток в лабораторных экспериментах, не нивелируется при дальнейшем развитии растений, и отставание в росте растений хорошо заметно через 14 дней. Различные культуры и сорта замедляют свое развитие одними и теми же почвами по-разному, что делает необходимым изучать аллелотоксикоз почв не на тестовых растениях, а исследовать замедление развития конкретных растений на изучаемых почвах. Выбор культур (сортов) для посева на конкретных полях в хозяйствах путем оценки для этих сортов аллелотоксикоза почв по длине проростков семян, на наш взгляд, выглядит особенно перспективно для подбора яровых культур. Изучено влияние почв по сравнению с песком на прорастание семян пшеницы и развитие их проростков, а также влияние обработки семян гуминовыми веществами на их развитие в песке и почвах. Установлено, что предпосевная обработка семян гуминовыми препаратами оказывает заметное стимулирующее действие при посеве обработанных семян в дерново-подзолистую почву и практически не оказывает влияния при их посеве в песок. На основе известного явления аллелотоксичности почв выдвинуто предположение о том, что стимуляция развития семян гуминовыми веществами состоит в их защите от ингибирующего действия аллелотоксинов. По полученным результатам зарегистрировано 6 патентов ( в составе авторского коллектива – в.н.с. Федотов Геннадий Николаевич, зав. лаб. Ковалева Наталия Олеговна, с.н.с. Салимгареева Ольга Алексеевна) : № 2704100, «Способ оценки аллелопатического почвоутомления для конкретных культур», № 2703950 «Способ определения времени задержки прорастания яровых зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов», № 2696538 «Способ определения фунгицидов с минимальной величиной суммарного ингибирования развития семян зерновых культур на конкретных почвах», № 2696440 «Способ оценки снижения токсикоза почв при внесении молочной сыворотки или навоза», № 2690639 «Способ выбора зерновых культур для посева на конкретных почвах», № 2683504 «Способ определения стимулирующей активности препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян зерновых культур». Установлено также (в.н.с. Щегольковой Н.М., с.н.с. Харитоновым С.Л.), что лигногумат способствуют стимулированию микробиологической активности почв, сохраняют питательные вещества в почве и могут улучшить структуру почвы и повысить устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессам. Исследование, проведенное по внесению лигногуматов вместе с антагонистическими микробами показало эффективность внесения триходермы для подавления килы у капусты Изучалось влияние сочетания противоэрозионных приемов и одного пятипольного зернотравопропашного севооборота на эрозионно-гидрологические процессы, урожайность сельскохозяйственных культур и охрану земельных угодий в черноземной зоне (с.н.с. Салимгареевой О.А.). Убедительно показано (с.н.с. Стрелецким Р.А.), что пестициды оказывают существенное влияние на грибное сообщество дерново-подзолистой почвы. Однако заметного влияния пестицидов на прокариотное сообщество мы не обнаружили. Притом в грибном сообществе внесение пестицидов инициировало увеличение численности представителей отдела Basidiomycota (на 32% по сравнению с контролем). Внесение пестицидов оказывает краткосрочное стимулирующее воздействие на возрастание концентрации углерода микробной биомассы. Инсектицид имидаклоприд, как показано нами, стимулирует азотфиксацию, в то время как другие пестициды не оказывают влияния на этот показатель. Для оценки состояния почвы предложен метод индуцированного синтеза ауксина с анализом при помощи ВЭЖХ-УФ. В блоке исследований, посвященных разработке инженерных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности зав. лаб. Ковалевой Н.О. выполнен анализ экологической роли современных инженерных мероприятий, на основе мониторинга работы осушительной системы в Московской области установлены изменения твердой фазы почв и трансформация такого устойчивого соединения как лигнин в железисто-марганцевых конкрециях (ортштейнах). По отношению к первым годам последействия дренажа (1989-92 гг.) за 10 лет в ортштейнах произошло значимое уменьшение содержания продуктов окисления лигнина во всех фракциях. Но при этом отмечается нарастание степени окисленности биополимера в ортштейнах всех фракций (1-2, 2-3, 3-5 мм). Происходит перераспределение кислот и альдегидов в ортштейнах и значимо увеличивается величина отношения ванилиновые кислоты/ ванилин, сиреневых кислот к сирингиловым альдегидам. Под влиянием осушения не только утяжеляется изотопный состав в крупных фракциях, но и в мелких (с -27,16 до -26,145 δ13C, ‰), что говорит о выраженном трансформационном процессе во всех фракциях конкреций. В.н.с. Деминым В.В. рассмотрены возможности вовлечения буровых шламов в процессы функционирования экосистемы в качестве почвообразующих пород и почвоподобных тел (органолитостраты, конструктоземы). Проведены модельные эксперименты с буровыми шламами и модельными смесями, в состав которых входил песок, кизельгур, торф, фосфогипс, цемент и нефтепродукты. Для оценки свойств смесей и их возможного воздействия на компоненты природной среды использовался водный миграционный показатель. Оптимизация свойств буровых шламов позволит конструировать почвоподобные тела, которые будут органично встраиваться и функционировать в экосистеме. В.н.с. Щегольковой Н.М. определена таксономическая структура и функциональный профиль микробных сообществ в разных функциональных зонах очистного сооружения, расположенного в пределах г. Москва. Выполнена оценка влияние различных физико-химических, химических и физических условий на формирование структуры микробного сообщества в зависимости от функциональной зоны ФОС, а также проанализировали взаимосвязь между сообществами прокариот ФОС и эффективностью удаления поллютантов (в т.ч. ксенобиотиков). Совместно с коллегами из МГУ и Сколковского института науки и технологий из муравьев и их древесных гнезд были выделены (с.н.с. Бирюковым М.В.) актиномицеты, самым активным штаммом среди которых оказался Streptomyces sp. Pe6. Методами масс-спектрометрии и ядерного магнитного резонанса было идентифицировано производимое им активное вещество с антибиотическим действием – нибомицин, способное ингибировать рост кишечной палочки и подавлять рост раковых клеток. Технологии палеоэкологических реконструкций с целью изучения изменений климата разрабатываются инж. Столпниковой Е.М., зав. лаб. Ковалевой Н.О. Было выявлено, что метод анализа распределений н-алканов хорошо работает для современных почв, а также для лёссово-почвенных серий плейстоцена. С этим связано более частое применение этого метода на подобных объектах. Тем не менее, необходимо продолжение исследования работы метода в нестандартных почвенно-литологических сериях, в которых чаще находят ранне-палеолитические археологические стоянки. Исследованы (в.н.с. Макеевым А.О.) почвенные сухостепные комплексы, широко развитые на Прикаспийской низменности на раннехвалынских морских лессовидных суглинках межпадинных территорий с разными типами микрорельефа (современным или былым). В лиманах почвообразующим породами являются шоколадные глины. Применение микроморфологического метода на датированных почвах сухостепных комплексов позволяет оценить результаты твердофазных изменений при различном педогенезе, не нашедших отражение на макроуровне (или стертых в ходе эволюции почв), и реконструировать соответствующие климатические условия эволюции почв. Совместно с Флотилией плавучих университетов России изучены почвы урбоэкосистем Среднего и Нижнего Поволжья с.н.с. Решетниковой Р.А. и зав. лаб. Ковалевой Н.О. Установлено, что культурные слои различных исторических эпох в разных частях Поволжья обладают общими чертами: темный цвет, структура, наличие артефактов, повышенная магнитная восприимчивость и содержание органического фосфора, причем культурные слои прошлых эпох демонстрируют больший биоклиматический потенциал, чем современные. Дальнейшие исследования помогут развить выдвинутые предположения и использовать их для реконструкции палеоэкологических условий в Среднем и Нижнем Поволжье. Разработка технологий экологического просвещения населения выполнялась в рамках проектов «МГУ-школе», «Университетские субботы» (завю лаю Ковалева Н.О., инж. Столпникова Е.М., инж. Емельяненко Ю.А.), «Инженерные субботы», Международной олимпиады школьников «Ломоносов» по профилю «Экология» (с.н.с. Рыхликова М.Е.), реализация широкомасштабной Школы юных – Российского телекоммуникационного образовательного проекта «Экологическое Содружество» (с.н.с. Рыхликова М.Е.), МГУ имени М.В.Ломоносова и Федеральной службы исполнения наказаний России «Путевка в жизнь – 2019», профиль «Экология» (с.н.с. Рыхликова М.Е.).
4 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Разработка почвенных технологий обеспечения экологической безопасности
Результаты этапа:
5 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Разработка и внедрение почвенных технологий обеспечения продовольственной и экологической безопасности
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

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".