Органические и органо-минеральные соединения природных и техногенно-нарушенных экосистемНИР

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. Трансформация, сорбция и миграция углеводородов в почвах и ландшафтах нефтезагрязненных территорий таежной зоны России
Результаты этапа: На основе полевых исследований на территории средней тайги Западной Сибири были выделены группировки почв и почвенных горизонтов, различающиеся по сорбционным способностям в отношении нефти в целом и ее водорастворимой фракции. В ходе лабораторных исследований, проведенных с монолитами ненарушенного строения, были определены нефтеемкость характерных для выделенных группировок почвенных горизонтов и количество сорбируемых ими водорастворимых углеводородов, полученных при взбалтывании нефти с водой. Песчаные горизонты почв в состоянии удерживать до 15% (по массе) нефти, суглинистые – до 25%, органогенные высокозольные сильной степени разложенности (низинный торф) - до 50%, органогенные низкозольные слабой степени разложенности (верховой торф) – до 750%. Столь существенные различия обусловлены неодинаковыми плотностью, грансоставом, свойствами органического вещества. Сорбция водорастворимой фракции нефти у всех исследованных горизонтов была незначительной: 0,01 – 0,2 мг/г и была неодинаковой при различном соотношении почва: раствор, при этой максимальная сорбция была характерна для песчаных горизонтов, минимальная – для низинного торфа. Столь неодинаковое поведение исследуемых почв в отношении нефти в целом и ее водорастворимой фракции указывает на то, что сродство гидрофильных компонентов нефти к воде выше, чем к твердым поверхностям, поэтому те субстраты, которые наиболее активно сорбируют гидрофобные вещества (верховой торф, низинный торф, суглинок), в меньшей степени проявляют сорбционные свойства в отношении гидрофильных компонентов нефти. Большая сорбционная емкость песка объясняется малым углом смачивания порового пространства песчаного субстрата по сравнению с суглинистыми. Кроме того, в случае торфяных почв (как верховых, так и низинных) при приливании раствора нефти начинается растворение гуминовых и фульвокислот, которые, обладая солюбилизирующим эффектом в отношении углеводородов, способствуют их нахождению в растворе.
2 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. Трансформация природных органических соединений в некоторых почвах зонального ряда Европейской части РФ
Результаты этапа: В лабораторном эксперименте определяли скорость минерализации органического вещества (ОВ) гумусово-аккумулятивного горизонта АЕ дерново-подзолистой почвы, меченого изотопом 14С. Включение изотопа 14С в состав ОВ произошло в ходе полевого эксперимента, в котором в мешочки с опадом, помещенные в верхний слой лесной подстилки вносились микроколичества меченых по углероду глюкозы, глицина и урацила. 1. Обнаружены существенные различия в масштабах и скоростях минерализации мобильных фрагментов нативного и меченного новообразованного органического вещества гумусово-аккумулятивного горизонта в условиях лабораторного опыта. За 40 суток инкубации в лабораторных условиях нативное органическое вещество потеряло за счет минерализации порядка 3% углерода. Меченное органическое вещество, сформировавшееся за 7 месяцев после введения в почву в естественных условиях изотопа 14С в форме глюкозы, глицина и урацила потеряло за 40 суток около 15% (глицин) и около 35% (глюкоза, урацил) углерода. Меченное новообразованное органическое вещество, сформировавшееся за 20 месяцев после введения исходных меченных веществ в почву минерализовалось на 5-6%, т.е. по масштабам минерализации приблизилось к органическому веществу нативной почвы. 2. Скорость минерализации как нативного, так и меченного новообразованного органического вещества в большинстве случаев подчиняется экспоненциальному закону, причем экспериментальная кривая, как правило, является суммой двух экспонент, характеризующихся различными значениями констант скоростей минерализации. Это дает основание для выделения в рамках минерализации в лабораторных условиях двух групп органических веществ, существенно различающихся по устойчивости к микробиологической минерализации. 3. Сравнение результатов, полученных при различных сроках инкубации меченных органических веществ, свидетельствует, о том, что с увеличением срока инкубации до 20 месяцев происходит значительное приближение кинетических параметров минерализации меченного органического вещества к нативному органическому веществу почвы. 4. Выявлены различия во включении изотопа 14С, внесенного в форме трех низкомолекулярных органических соединений – глюкозы, глицина и урацила, в состав новообразованного органического вещества: углерод урацила в меньшей степени включается в состав новообразованного органического вещества, по сравнению с углеродом глюкозы и глицина; углерод урацила включается в основном в состав лабильных компонентов новообразованного органического вещества. 5. Установлено, что после 20 месяцев инкубации в полевых условиях наибольшее количество метки включилось во фракцию органического вещества, извлекаемую 0,1н NaOH после обработки тяжелой жижкостью. При этом следует отметить относительно равномерное распределение метки по различным фракциям органического вещества (отношение Смеч/Снатив различается не более чем в 2 раза).
3 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. Водорастворимые органические соединения в почвах лесных биогеоценозов
Результаты этапа: Скорость минерализации водорастворимых органических веществ (ВОВ), формирующихся в органогенных горизонтах почв подзолистой зоны, зависит от времени образования ВОВ, их свойств, состава и типа почвы (условий разложения) и может различаться на порядок и более. Органические вещества дерново-глеевой почвы в 2 раза устойчивее к биодеструкции по сравнению с подзолистой почвой. Минерализуемая доля для новообразованных ВОВ составляет от 35 до 70%, резко снижаясь до 2,5-12% для стабильных веществ, присутствующих в жидкой фазе почв in situ. Время жизни стабильного пула водорастворимых органических веществ составляет до 1,5 лет, лабильного – около 10 дней. При добавлении NPK, при нейтральной реакции среды и дополнительном инокулировании происходит резкое усиление деструкции стабильного пула ВОВ: минерализуемая доля углерода возрастает до 23% в верхних горизонтах и до 70-80% -в нижних. Снижение рН до 5 (модельный эксперимент) приводит к консервации ВОВ торфянисто-подзолистой почвы: доля минерализуемых соединений уменьшается в 2 раза по сравнению с разложением в нейтральной среде. 2. В ходе микробного разложения происходит трансформация ВОВ: увеличивается относительная доля гидрофобных компонентов; фенольных соединений; наблюдается заметное уменьшение средневзвешенных молекулярных масс. Вне зависимости от исходных значений в составе стабильных соединений, остающихся в жидкой фазе после биодеструкции, преобладают вещества, близкие по молекулярным массам - около 5-5,5 тысяч Да. Молекулярные спектры поглощения растворов ВОВ приобретают однотипный характер с резко выраженным максимумом в области около 250 нм, обусловленным присутствием ароматических структур. 3. Вниз по профилю наблюдается трансформация ВОВ, проявляющаяся снижением общего содержания ВОВ (в зависимости от типа почвы на 65-78% от исходного уровня); относительным увеличением доли гидрофобных компонентов (до 80%); возрастанием светопоглощения в области 270-280 нм, обусловленным появлением дополнительных ароматических структур. Профильные изменения ВОВ связаны с микропоровым пространством почв: при переходе от макро- к микропорам в составе соответствующих фракций ВОВ выявлены изменения спектров поглощения, отношения гидрофильных и гидрофобных соединений, аналогичные вышеперечисленным. 4. Внутрипрофильные изменения ВОВ обусловлены как биодеградацией (полной и частичной), так и поглощением твердой фазой. Поглощение ВОВ связано с присутствием в почве соединений несиликатного железа (Fe нес): выявлена обратная связь между количеством фенольных соединений в жидкой фазе и содержанием соединений несиликатного железа в твердой фазе почв.
4 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Особенности воздействия гуминовых веществ на живые системы.
Результаты этапа: В соответствии с Техническим заданием, в 2014 г. в рамках темы «Органические и органо-минеральные соединения природных и техногенно-нарушенных экосистем» исследования были сосредоточены на выявлении особенностей воздействия гуминовых веществ на живые системы почв и изучении влияния живых систем (на примере фенольных метаболитов лишайников и мхов) и абиогенных факторов (эмиссия эндогенного водорода) на формирование гуминовых веществ. В целях изучения воздействия гуминовых веществ на биологическую активность почв на базе почвенного стационара факультета почвоведения МГУ им.М.В.Ломоносова были заложены экспериментальный полигон с почвенными лизиметрами (20 лизиметров) и опытными микроделянками (18 делянок) и вегетационный эксперимент (64 вегетационных опыта) по выращиванию газонной травосмеси на почве с модельным загрязнением медью (сульфат меди, 250 и 500 мг/кг) для оценки детоксикационного воздействия ряда гуминовых препаратов из торфа, угля и лигносульфоната). На подготовленные делянки и лизиметры вносили загрязняющие вещества и коммерческие гуминовые препараты по схеме опыта. В почвах вариантов опыта до и после вегетирования растений (смесь газонных трав) определено содержание подвижных форм меди. В ряде биотестов (фитотест, альготест, бактериальный тест) выявлено воздействие токсиканта по фону внесения гуминовых препаратов. Дана оценка их рекультивационной активности по комплексу химических, биологических и экотоксикологических показателей. Был составлен аналитический обзор по применению гуминовых препаратов в рекультивационных и ремедиационных технологиях, проведена оценка эффективности применения коммерческих гуминовых препаратов (КГП) в рекультивационных и ремедиационных мероприятиях в почвах и природных водах различных техногенных ландшафтов для снижения уровня загрязнения тяжелыми металлами (ТМ), нефтепродуктами (н/п) и другими поллютантами (ПАУ, антигололедные реагенты и др.). Проводилось изучение роли растворимых фенольных соединений лишайников и мхов в первичных процессах гумификации и образовании органо-минеральных профилей на начальных стадиях почвообразования. Предполагается, что при почвообразовании в отсутствие фенольных полимеров (лишайниковые ассоциации) образование гуминовых кислот осуществляется путем гетерогенной конденсации мономеров вблизи поверхности минеральных фаз (Zavarzina 2006, 2011). Продукция растениями-гумусообразователями растворимых предшественников и способность этих соединений к каталитическому окислению и адсорбционным взаимодействиям с минеральной фазой приобретают решающее значение для гумификации. За отчетный период проведен анализ фенольных и нефенольных компонентов – предшественников ГВ в водных вытяжках из 20 видов лишайников. Определен качественный состав фенолкарбоновых кислот, качественный и количественный состав моносахаров и полиолов. Из фенольных соединений в лишайниках преобладают параоксибензойные и ванилиновые структуры, характерно резкое преобладание полиолов над сахарами (по сравнению с кустарничками и мхами). В лишайниках определен аминокислотный состав, установлено, что аминокислотные профили пельтигеровых лишайников близки к кустарничкам и мхам. Проведены реакции взаимодействия растворимых соединений, извлеченных из 20 видов лишайников, с пробами почв, отобранных в Хибинском горном массиве, а также модельными минеральными фазами (каолинитом, иллитом, каолинитом, покрытым аморфной гидроокисью алюминия). Установлена активная адсорбция фенольных и азотсодержащих компонентов (20-100% от внесенного количества) минеральными фазами, что свидетельствует о потенциальной роли этих соединений в формировании органопрофилей почв, развивающихся под лишайниковыми ассоциациями. Проведено сравнение способности органических соединений водных экстрактов из ряда лишайников к окислению в присутствие лакказ S. crocea. Установлена лучшая окисляемость соединений водных вытяжек из пельтигеровых лишайников. Изучены особенности гумусного состояния почв в местах водородной дегазации. На основании полевых и лабораторных исследований установлено, что поток молекулярного водорода очень значимый фактор гумусообразования и почвообразования в целом. Проходя через почвенные слои, водород, как мощный восстановитель, резко меняет почвенные свойства (окислительно-восстановительный потенциал, рН, состав и свойства гумуса, оптические свойства почв), в разной степени меняет подвижность многих элементов. Гумус в таких условиях либо трансформируется под воздействием скачков окислительного потенциала и, возможно, гидрогенизации, либо формируется как более подвижный, что может приводить к выносу его за пределы почвенного профиля. Все это отражается на морфологических особенностях почвенного профиля и на плодородии почв.
5 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Изучение процессов и механизмов гумификации и дегумификации почв на объектах, подвергающихся различным естественным и антропогенным воздействиям
Результаты этапа: В ходе разработки технологии применения гуминовых препаратов (ГП) для создания антропохимического барьера на пути миграции лабильных форм тяжелых металлов (ТМ) получены рекомендации (выбор ГП; дозы; время, условия и последовательность обработки загрязненных почв и грунтов) по применению ГП для снижения уровня загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) в почвах и грунтах различных техногенных ландшафтов. Изучены особенности гумуса почв западин с выходами эндогенного водорода на территориях, приуроченных к глубинным разломам восточной части Русской плиты. На отдельных участках измеренная концентрация водорода в подпочвенном воздухе достигает 1,6% по объему и более. Данные элементного состава и спектров ЯМР13С гуминовых кислот черноземных почв западин, подвергающихся воздействию водорода, свидетельствуют об увеличении их обуглероженности и степени ароматичности. В тонких фракциях минеральных горизонтов черноземных почв, подвергающихся воздействию глубинного водорода, обнаружены изменения их минералогического состава, заключающиеся в уменьшении содержания минералов с разбухающей решеткой при увеличении содержания иллитов. Изучены качественный и количественный состав низкомолекулярных водорастворимых фенольных соединений в лишайниках. Установлено, что в лишайниковых ассоциациях возможен синтез гумусовых веществ, по составу ароматических фрагментов близких к гуминовых веществам, образующимся при гумификации тканей высших растений

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".