В связи с техническими работами в центре обработки данных, возможность загрузки и скачивания файлов временно недоступна.
 

Исследование функций почв и разработка методов их регулирования в целях устойчивого использования почвенных ресурсовНИР

The study of the soils functions and development of methods of their regulation for sustainable use of soil resources

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование функций почв и разработка методов их регулирования в целях устойчивого использования почвенных ресурсов
Результаты этапа: В 2014 г. основной целью научных исследований коллектива Института экологического почвоведения стало продолжение работ по изучению функций почвенного покрова в биосфере планеты. Основной акцент был сделан на разработку методологий оценки, управления, мониторинга и прогнозирования состояния почвенно-земельных ресурсов. В ходе реализации темы государственного задания коллективом сотрудников Института совместно с факультетом почвоведения под руководством С.А. Шобы разработан Единый государственный реестр почвенных ресурсов России в соответствии с Концепцией развития государственного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения и земель, используемых для ведения сельского хозяйства в составе земель иных категорий, и формирования государственных информационных ресурсов об этих землях на период до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 30.07.2010 № 1292-р. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России утвержден на расширенном заседании секции земледелия и растениеводства Научно-технического совета Минсельхоза России (протокол № 32 от 3 октября 2013 г.). Единый государственный реестр почвенных ресурсов России состоит из четырех разделов, включающих описание почв, почвенных ресурсов субъектов Российской Федерации, почвенно-экологического районирования и цифровой модели описания почвенных данных (с использованием Геопортала МГУ). В рамках договоров о сотрудничестве, заключенных между ИЭП МГУ и заповедниками «Журавлиная родина» (Талдомский район Мос. обл.), «Басеги» (Средний Урал) изучена пространственная неоднородность почвенного покрова заповедных территорий, выявлены причины дифференциации почв (Ковалева Н.О., Лузянина О.А.). Значительным достижением коллектива лаборатории биоразнообразвия почв (Чернов И.Ю., Демин В.В.), опубликованным в высокорейтинговых журналах, стало выявление роли гуминовых веществ в регулировании функций почвенной микробиоты. Относительная устойчивость гуминовых веществ в континентальных экосистемах обусловлена тем, что эти полимеры нерегулярного строения являются продуктами внеклеточного стохастического синтеза в растворе и темплатного на минеральных матрицах, в котором участвуют "непереваренные остатки" жизнедеятельности почвенной биоты (в этом смысле они являются "экзополимерами"). Выходя из системы трофических сетей, гуминовые вещества формируют среду обитания почвенных организмов и могут включаться в нетрофические (например, сигнальные) взаимодействия. Было показано, что одним из процессов, определяющим функционирование микробного сообщества почвы и его устойчивость к внешним воздействиям, является сорбция гуминовых веществ на поверхности и в объеме клеточных стенок микроорганизмов. Такая пространственная локализация экзополимеров позволяет эффективно перехватывать токсичные агенты (ионы металлов, детергенты, ПАУ) диффундирующих к живой клетке. Исследование зоомикробных взаимодействий показало, что введение гуминовых веществ в микрокосм модифицирует пищевые предпочтения в системе "хищник-жертва". Впервые был обнаружен феномен переноса гуминовых веществ по трофическим цепям: экзополимеры, сорбированные на поверхности клеток бактерий, поглощались в ходе эндоцитоза хищником - инфузорией. Использование современных хроматографических методов (газовый хроматограф, приобретенный в рамках реализации Программы Развития МГУ) для изучения неоднородной системы экзополимеров показало, что снижение амплитуды колебаний биологических процессов в почвах и стабилизация экосистемы в целом может достигаться за счет различных молекулярных компонентов системы гуминовых веществ. Был изучен качественный и количественный состав растворенного органического вещества (РОВ) в геохимически сопряженном ряду: почвенные воды – питающее болото – ручей – депонирующее озеро. Было показано, что в данной цепочке происходит трансформации РОВ. На каждом участке происходит деполимеризация высокомолекулярных гуминовых кислот почвы, что может быть связано с деятельностью микроорганизмов и протеканием процесса фотодеструкции ОВ. Для изучения воздействия солнечного света на изменение РОВ и форм металлов в поверхностных водах изучаемого района проводилось исследование процесса фотодеструкции металлорганических комплексов в натурных условиях. Было показано, что под действием солнечной инсоляции происходит изменение РОВ (изменяются спектры проб и молекулярно-массовые распределения, увеличивается содержание органических алифатических кислот). По полученным данным рассчитаны скорости процесса фотодеструкции РОВ природных вод. Показано, что наибольшие скорости характерны для почвенных вод, а наименьшие для вод ручьев. Так же было установлено, что при облучении проб почвенных вод и вод ручья происходит изменение форм нахождения металлов в природных водах, увеличивается количеств отрицательно заряженных ионов таких элементов. Проводено изучение процессов деструкции металлоорганических соединений, вариаций молекулярно-массового распределения, форм переноса органического вещества при процессах их образования, фотолиза в природных водах (в системе болото-река-озеро на примере малых рек) в условиях меняющейся природной среды. Проведенные исследования по адсорбции цинка различными горизонтами почв района исследования (подзола) в присутствии бактерий, вырабатывающих экзополисахариды (ЭПС), показали, что Zn (II) предпочтительнее связывается с поверхностью почвы, чем с клеточными стенками бактерий P. aureofaciens. Таким образом, установленные механизмы могут быть использованы при очистке вод в районах с техногенным загрязнением. Коллективом лаборатории энерго- и массообмена в почвах и экосистемах под руководством А.В. Смагина разработаны методические основы исследования сорбции паров воды в почвах и грунтах на базе оригинальных физически-обоснованных моделей и динамического метода экспрессной оценки изотерм сорбции как функции от влажности воздуха при заданной температуре. С их помощью впервые удалось произвести адекватное описание экспериментальных данных для S-образных изотерм сорбции паров воды в почвах и грунтах разного генезиса и дисперсности во всем диапазоне, включая область капиллярной конденсации и пленочной влаги. На базе термодинамической теории физического состояния почв и грунтов, а также оригинальных кинетических моделей динамики органических веществ в почвах проведено комплексное исследование поведения разных видов сильнонабухающих полимерных гидрогелей (СПГ) в биологически-активных пористых средах в связи с проблемой повышения их водоудерживающей способности и почвенного конструирования. Влагоабсорбенты нового поколения - СПГ способны в малых дозах (0,1-0,3% от массы вмещающего материала) в 2-3 раза увеличивать влагоемкость и энергию водоудерживания грубодисперсных почвогрунтов, что адекватно их переводу на одну-две градации по гранулометрическому составу (песок-в суглинок). Этот эффект успешно использован на практике почвенного конструирования, в особенности при поливном аридном земледелии или в озеленении мегаполисов. Для устранения возможных негативных последствий, связанных с изменением гидрологического режима территорий при строительстве сооружений, малых архитектурных форм, при ландшафтном и лесопарковом строительстве разработаны технологии устройства дренажа (Ковалев И.В.), которые включают: повышенный уклон дрен – 0,008-0,01 и специализированную траншейную засыпку с дополнительным фильтром (геотекстилем), повышенные значения уклона на изгибах дренажных линий, подбор филоьтрующих материалов в зависимости от типа почвообразующих пород, устранение гумусированного слоя для предотвращения усадки и т.д.. Одним из важнейших направлений в повышении урожайности сельско-хозяйственных растений является повышение посевных качеств семян. Научной группой Г.Н. Федотова разработана методика, которая дает возможность использовать в опыте несколько сотен семян и определять их посевные качества при воздействии различных стресс-факторов за 1 сутки с ошибкой, не превышающей 5% при 95% уровне значимости, исследуя одновременно десятки видов культур. Данная ошибка метода позволяет уверенно выбрать вид семян, которые в производственных условиях способны обеспечить повышение урожайности уже на 10%. Модифицированный метод детекции вироидной РНК в томатах, разработанный Ковальской Н.Ю. совместно с американскими коллегами и опубликованный в высокорейтинговых научных изданиях, будет способствовать разработке новых путей детекции растительных патогенов. Научной группой по палеопочвоведению под руководством Ковалевой Н.О. (Столпникова Е.М., Макеев А.О.) продолжены работы по поиску почвенных индикаторов состояния палеосреды. Отложения переходной между плейстоценом и голоценом эпохи были выявлены и датированы на территории Трубчевского ополья Брянской области. Впервые выявлены и описаны два интерстадиала по слаборазвитым погребённым почвам возрастом 16500±230 Ki-17 414 и 12930±170 Ki-17 413, а также три погребённые почвы голоцена, маркирующие этапы развития климата в межледниковье (атлантический и средневековый оптимумы). Данные интерстадиалы синхронны европейским интерстадиалам Ласко Вюрм IV и Бёллинг Вюрм IV (MIS2). Для второго гумусового горизонта агросерой почвы, типичных для данного ландшафта ополья, получена датировка 2180 ± 60 Ki-17 415, которая относит её к субатлантическому периоду голоцена. Использованы наиболее информативные для палеоэкологической реконструкции почвенные свойства-индикаторы, такие как изотопный состав углерода, групповой состав фосфора, свойства гумуса почв, магнитная восприимчивость почв. Впервые в рамках междисциплинарных работ (Ковалева Н.О., Столпникова Е.М.) были изучены тефро-почвенные серии плейстоцена, вскрытые археологическими раскопками ИИМК РАН на Лорийском плато Армянского нагорья. На основе измерений магнитной восприимчивости, группового состава фосфора и соотношения стабильных изотопов углерода были выделены стадии активизации плейстоценового вулканизма для данной территории. Изотопный состав углерода обнаружил, что нижние отложения раскопов формировались в иных условиях, нежели верхние, и под влиянием вулканизма. Сопоставление свойств педоседиментационных архивов на моренах московского возраста Русской равнины и Северо-Германской низменности (Макеев А.О., Ковалева Н.О.) показало их принципиальную схожесть, обусловленную тем, что весь север Европы в стадию ледниковую MIS 6 покрывался единым ледниковым щитом. В 2014 г.в рамках ежегодной XXIV Международной конференции "Человек и природа" научной группой д.б.н. Ковалевой Н.О. был организован и проведен выездной симпозиум "Карадагский природный заповедник". Симпозиум включал научное заседание на биостанции и полевую лекцию-экскурсию по экологической тропе Карадага. Обсуждались вопросы истории организации и современного правового статуса заповедника, проблемы изучения и сохранения историко-культурного и природного наследия Крыма в целом и Карадагского заповедника в частности, проблемы водоснабжения Крыма и перспективы дальтнейшего сотрудничества. В 2013/2014 учебном году с.н.с. Рыхликовой М.Е. организована и проведена XV (Юбилейная) Всероссийская телекоммуникационная конференция экологических исследовательских проектов школьников «Природу России сохранят дети». Конференция проводится Институтом экологического почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова на портале Российского образовательного проекта "Экологическое Содружество" ежегодно с 1999 года. На конференцию были представлены 102 экологических исследовательских проекта учащихся. В конференции приняли участие 190 школьников 1-11 классов и 85 педагогов из 65 учреждений основного и дополнительного образования, представлявших 24 региона Российской Федерации. Международный курс по палеопочвоведению прочитан в.н.с. Макеевым А.О. в Вюрцбургском университете Германии (International Course on Paleosols and Paleoenvironment. 19th to 22nd, June 2014 in Würzburg/Germany). Коллективом Института экологического почвовдения МГУ была организована презентация Института на Фестивале науки-2014. Выстака ИЭП МГУ на Центральной площадке фестиваля (в Шуваловском корпусе) включала интерактивную экспозицию по археологическому почвоведению, конкуср детского рисунка "Земляные краски", мастер-класс по усадебному строительству, лекцию для широкого круга слушателей на тему "Современные почвенно-ландшафтные технологии в дачном и усадебном строительстве". Активная работа площадки ИЭП МГУ стала фрагментом сюжета теленовостей на канале "Россия 24". Результаты научных исследований сотрудников ИЭП МГУ опубликованы в 2-х монографиях, 3-х учебных пособиях, 90 научных статьях, в том числе в 3-х высокорейтинговых изданиях, а также в Трудах Института экологического почвоведения МГУ «Роль почв в биосфере» (выпуск 14)и 2-х выпусках электронного журнала ИЭП МГУ «Доклады по экологическому почвоведению» - №1, 2014,(выпуск 20), № 2, 2014 (выпуск 21).
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование функций почв во времени и пространстве.
Результаты этапа: Развернуты работы по наполнению почвенно-географической базы данных России, по исследованию антропогенной динамики почвенно-земельных ресурсов и ее роли в обеспечении продовольственной безопасности России. Изучена пространственно-временная изменчивость почвенного климата, дана ее картографическая оценка. Впервые выявлены и установлены границы голоценовых оледенений на Среднем Урале, выявлены особенности почвенного покрова заповедника "Басеги". Доработан список почвенных биомаркеров для целей палеоклиматических реконструкций. По изотопному составу углерода реконструированы климатические сценарии плейстоцена для стоянок древнего человека в горном Дагестане. Выполнен сравнительный анализ почв на моренных и покровных суглинках в области московского оледенения на Русской равнине и в Северной Германии. Обобщены работы по применению природных и синтетических полимеров в почвах и почвенных конструкциях. для рекультивации почв.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование роли почв в обеспечении продовольственной и экологической безопасности
Результаты этапа: Таким образом, исследование роли почв в обеспечении функции плодородия позволило установить, что почвенно-гидрологические константы являются важнейшими показателями, позволяющими характеризовать наличие различных форм почвенной влаги, и имеют важнейшее значение при расчете оптимизации водного режима, служат основой для построения прогнозных моделей массопереноса. Наибольшей пространственной вариабельностью физических свойств и почвенно-гидрологических констант обладает верхний слой изученного чернозема(0-10 см). Наиболее однородным оказался слой 30-40 см, в котором отмечается наименьшая вариабельность физических свойств и почвенно-гидрологических констант. Впервые установлено также, что уплотнение в почвах степной зоны является полигенетическим процессом, обусловленным антропогенными (механическая обработка почв) и природными явлениями (слитизация и осолонцевание). Генетические различия уплотнения при осолонцевании, слитогенезе и агроуплотнении связаны с особенностями строения порового пространства и заполнения пор агрегатов уплотненных горизонтов, что выявляется только при сопряженных томографических и микроморфологических исследованиях. На основании изучения состава и строения агрегатов различных агрогенных почв юга степной зоны Европейской территории России показано, что комплекс исследований (от макро до микроуровня) позволяет диагностировать проявления уплотнения, обусловленные разными элементарными почвенными процессами: осолонцеванием, слитогенезом и механическим (агро-) переуплотнением в орошаемых и богарных условиях. Впервые проведены совместные томографические и микроморфологические исследования агрегатов диаметром от 1 до 2 мм и от 3 до 5 мм из уплотненных горизонтов различных почв. Выявлены дополнительные диагностические признаки процессов осолонцевания: низкие значения видимой на томограммах открытой пористости агрегатов и заполнение существенной части внутрипедных пор подвижным веществом; и слитогенеза: большое количество видимых на томограммах внутриагрегатных тонких пор и низкое количество гумусово-глинистой плазмы во внутрипедной зоне. Показано, что при изучении порового пространства уплотненных горизонтов пахотных почв перспективно сочетание микротомографических и микроморфологических методов. Выявление потенциальной склонности почв к переуплотнению, которая зависит от химического, минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, водопрочности структуры; и актуальных проявлений этого переуплотнения, то есть реальных свойств уплотненных горизонтов в конкретных физико-географических условиях позволит точнее прогнозировать развитие процессов деградации и предпринимать адекватные эффективные меры по их предупреждению и мелиорации земель. В результате изучения способов обработки семян в целях увеличения их всхожести разработан комплексный препарат на основе АПД, включающий в свой состав гиббереллины и гуматы с хорошими эксплуатационными свойствами, применение которого для предпосевной обработки семян зерновых и некоторых овощных культур должно быть особенно эффективно во всех случаях, когда семена в своем развитии сталкиваются с недостатком влаги. На основе выполненных исследований оформлена серия патентов. Работы по инвентаризации почвенных ресурсов и анализу характера землепользования выявили, что материалы Генерального межевания содержат уникальный ряд данных, позволяющих исследовать использование природных ресурсов в отраженное в них время. Подготовленные соответствующим образом, планы Генерального межевания могут быть использованы для изучения с помощью методов ГИС-анализа в сочетании с другими картографическими материалами. Изучение роли почв в обеспечении экологической безопасности, выполненное на территории заповедника "Басеги" позволило впервые установить основные стадии эволюции почв и ландшафтов западного макросклона Среднего Урала в голоцене. Впервые представлены результаты радиоуглеродного возраста и изотопного состава органического вещества горных почв западного макросклона Среднего Урала. Уточнено классификационное положение почв, выделены новые типы (петроземы, подбуры), ранее не включенные в список почв почвенной карты Пермского края. Кроме того, доказано, что подзолистые почвы в пределах хребта Басеги не встречаются, хотя ранние исследования низкогорий предполагали обратное. Получена новая информация, которая послужит теоретической базой для комплексного изучения природной среды заповедника «Басеги», в частности, и региона в целом. Территорию заповедника можно рассматривать как эталонную, а почвы рекомендовать для включения в Красную книгу почв Пермского края. Палеоклиматическая информация станет источником сведений для прогнозирования климатических изменений в будущем. Информация о структуре почвенного покрова Среднего Урала послужит целям землепользования и ресурсологии. Изучение палеоэкологической роли почв в распространении древнего человека по территории Евразии позволило впервые установить гидроморфный характер ландшафтов обитания древних племен на Восточном Кавказе и реконструировать природную обстановку саванноидного типа на Лорийском плато Малого Кавказа. Полученные результаты послужат объективизации полученных археологических данных. В ходе обобщения данных по археологическим памятникам различных природных зон Русской равнины подтверждено, что для региона исследований (центр Русской равнины) были характерны значительные ритмические колебания климата тысячелетнего и векового разного ранга c чередованием более холодных и более теплых, более аридных и более гумидных эпох.В заключение отметим, что на Русской равнине вторая половина голоцена представляется ареной сложных взаимодействий различных цивилизаций, причем смены цивилизаций во многом определялись природными ритмами. В этой связи палеоландшафтные реконструкции важны для понимания причин цивилизационных смен и миграционных волн. Городища осевого времени являются не только индикаторами ландшафтной динамики, но и уникальными объектами культурного наследия лесостепной зоны Восточно-Европейской равнины. Дальнейшие исследования позволят связать критические этапы эволюции с миграционными волнами древних племен.

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".