Грант РНФ «Динамика почвенной биоты в хроносериях посттехногенных ландшафтов»

На кафедре прикладной экологии осуществляется грант Российского научного фонда

Динамика почвенной биоты в хроносериях посттехногенных ландшафтов: анализ почвенно-экологической эффективности процессов восстановления экосистем

№ 17-16-01030

Краткие сведения о проекте

Проект направлен на изучение метагенома и метаболома почв, формирующихся на различных стадиях экогенеза в техногенных и посттехногенных ландшафтах в различных природных зонах. Почвенные биологические процессы рассматриваются как драйверы восстановления почв и осуществления управляемой сукцессии. Анализ развития почвенного микробиома будет проведен для различных стадий становления почв в хроносериях самовосстановления и рекультивации от стадии первичной почвы до стадии эмбриозема зональной почвы. Таким образом, будут получены данные о развитии микробиома в ходе онтогенетической стадии эволюции почв. Поскольку почвы техногенных и посттехногенных ландшафтов представляют особые экологические ниши для микроорганизмов их исследование с применением метагеномных методов имеет большие преимущества по сравнению с классическими микробиологическими методами. Применение метагеномных методов даст возможность не только изучить развитие микробных сообществ, но и изучить становление экологических ниш в различных биолитологических условиях  почвообразования. Это позволит выявить ключевые драйверы управления почвенно-биологическими процессами и регулирования хода управляемой сукцессии. Таким образом, проект направлен на разработку фундаментальных основ функциональной рекультивации почв и земель в инвариантных условиях окружающей среды.

Схема развития почв в хроносерии подзола

За отчетный период выполнены следующие работы:

С целью изучения процесса первичного почвообразования в условиях техногенных ландшафтов и послепожарных экосистем были организованы полевые экспедиции:

1. Р-н карьера по добыче известняков «Печурки», окрестности г. Сланцы. Изучены следующие стадии почвообразования старовозрастные отвалы П1 (35 лет),  средневозрастные отвалы П2 (28-30 лет) и относительно  молодые отвалы П3 (8-16 лет). Почвы представлены карболитоземами серогумусовыми на техногенных элювиях кареьрно-отвального комплекса.

2. Природные и антропогенные грунты Антарктики: почвы в зоне активной дегляциации, в парагляциальной зоне и почвы на территории ст. Беллингаузен, механически антропогенно-нарушенные. Этот ряд необходим для дальнейшего изучения карьерных восстановления почв на карьерных выемках в условиях Субантарктики (п-ов Файлдс, о-в Кинг-Джордж)

3. Архипелаг Шпицбереген (в районе пос. Баренцбург). Маршруты были проложены в доступные местообитания на расстояние до 10-15 км от поселка Баренцбург. Выявлены участки рекультивации нарушенных почв (в местах рекультивируемых отвалов), где протекают процессы восстановления растительных сообществ и формирования почв в течение разного времени рекультивации нарушенных участков арктических ландшафтов.

4. Полуостров Ямал – отвалы рудника по добыче хромовых руд в пос. Харп, г. Черная (8 проб), карьеры по добыче строительных материалов в зоне лесотундры и типичной тундры (отвалы глинистого, песчаного и каменистого состава). Начальное почвообразование осуществляется по первичному типу (литоземы, петроземы, пелоземы). Проведено сравнение фоновой криогенной глеевой почвы (Aksarka 2) со следующими вариантами техогенных почв: литозем серогумусовый (Aksarka 1), формирующийся на отвалах карьер по добыче песчано-гравийных отложений, технозема вблизи хромового рудника, в р-не г. Черной (Метагеном 1, 2), карьера по добыче строительных материалов в р-не г. Черной, лесотундровая зона (Yamal quarry 2б 0-9б 9-32), карьера по добыче строительных материалов (Quarry Yamal, 0-20, 20-50, 50-60), тундровая зона.

Бетта-разнообразие в пробах Ямальских посттехногенных почв

5. Окрестности г. Якутск – пробы разнообразных карьеров по добыче сторительных материалов (песчано-гравийные отложенияпески, глины, суглинки).

6. Район Курской Магнитной Аномалии. Почвообразующими породами в районе Михайловского ГОК (КМА) являлись третичные глины келловея (верхняя юра). Для анализа были выбраны площадки на отвалах глин 10-летнего, 35-летнего и 50-летнего возраста (CL1-3, соответственно) на каждой из которых почвенные образцы отбирались из верхнего горизонта почвы (на глубине 0,5-1 см).

7. Малуксинский карьер по добыче песка, изучены следующие объекты: 1-2 года, свежий песчаный литострат без признаков зарастания и почвообразования M1 (С1-С2-С3), стадия самозарастания 15-20 лет с формирующимся сосняком и дерново-подбуром M2 (O-AY-BF-C), стадия самозарастания 30-35 лет с эмбриоподзолом M3 (O-(e)-BF-C), стадия самозарастания 70 лет со сформированным подзолом M4 (O1-O2-E-BHF-BC-C) и фоновая почвы соснового леса вблизи карьера M5 (O-E-BF-C).

8. Нижнесвирский заповедник. Хроносерия подзолов в более значительном временном отрезке (70-5000 лет) изучена на примере береговых трансгрессионных валом Нижнесвирского заповедника. Здесь самая поздняя точка датированного почвообразования имеет возраст 70 лет, самая ранняя – 3000 лет. Прорыв вод о. Сайма через гряду Сальпаусселькя и формирование р. Вуокса, являющейся на данной момент одним из основных притоков Ладоги, датируется в пределах 5000-3000 л.н. (радиоуглеродный возраст). Разность в поднятиях котловины Ладожского озера стала причиной перелива воды из глубоководной северной в мелководную южную часть и затопления значительных территорий в Южном Приладожье. Далее уровень воды в Ладоге стал повышаться и достиг максимальных отметок около 3200 л. н. Все это привело к серии  трансгрессий и формированию уникального ландшафта ладожских валов. Эта хроносерия использована нами как уникальный вариант хорошо верифицируемой временной последовательности почв, датируемой возрастом несколько тысяч лет. Исследованы следующие почвы: П1 (около 3000 лет, подзол, O-E-BF-BC-G), П2 (около 1500 лет, подзол, O-E-BF-BC-G), П3 (около 300 лет, подзол c признаками пирогенеза, O-E-BFpyr BC-G) и П4 (70 лет, эмбриоподзол, O-Oe-BF-BC-G).

9. Фосфорит, карьер по добыче фосфоритов, отвалы «мягких» вскрышных пород представлены площадками Ф 1, Ф 2 и Ф 3: ельник, лиственничник и сосняк соответственно. Почвы представлены карбо-литоземами серогумусовыми на техногенных элювиях известняков.

10. Постпирогенные смены. Почвы в островном сосновом бору (г. Тольятти, Самарская область), подвергшиеся воздействию катастрофических лесных пожаров в 2010 году. Изучены варианты низового и верхового пожаров, произошедших в 2010 г, после чего почвы восстанавливались самостоятельно без рекультивации и почвы фонового сосняка. Фоновые почвы представлены серогумусовыми Ф (AY-C1-C2), почвы пожарищ – постпирогенными серогумусовыми (AYpir-C1-C2), Н – низовой пожар, В – верховой пожар морфологически влияние пожаров не распространяется глубже 20 см, что подтверждается химическими параметрами и показателями метаболической активности микробного сообщества.

Подготовлены следующие публикации:

Abakumov E., Maksimova E., Tsibart. A. ASSESSMENT OF POSTFIRE SOILS DEGRADATION DYNAMICS: STABILITY AND MOLECULAR COMPOSITION OF HUMIC ACIDS WITH USE OF SPECTROSCOPY METHODS // Land Degradation and Development, 2017, in print

Pershina E., Ivanova E., Andronov E., Abakumov E. Antarctic prokaryotic communities around the «Bellingshausen» station (Fildes Peninsula, King George Island): soil genesis and anthropogenic impact // Antarctic Science, in print

R. Suleimanov, R. Urazgildin, K. Amineeva, A. Suleimanov, E. Abakumov Ecogeochemical Assessment of Soil Cover of the Ufa City, Bashkortostan Megacities 2050: Environmental Consequences of Urbanization, Springer Geography, https://doi.org/10.1007/978-3-319-70557-6

Я.А. Дмитракова, Е.В. Абакумов, Е.А. Першина, Е.И. Иванова, Е.Е.  Андронов ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО СООБЩЕСТВА И МИКРОБИОМА ХРОНОСЕРИЙ ПОСТТЕХНОГЕННЫХ ПОЧВ ИЗВЕСТНЯКОВЫХ КАРЬЕРОВ В УСЛОВИЯХ РЕКУЛЬТИВАЦИИ // Сельскохозяйственная биология, 2018, в печати

Участники проекта выступили с докладами на следующих конференциях:

Abakumov E.V. oral presentation  «Abandoned postmine lands restoration and soil regeneration: insights from data on organic matter quality and microbial community composition» in 3rd Internationa conference «Environmental engineereng and design», Ziolona Gura, Poland, 12-14 October 2017

Dmitrakova J., Abakumov E.. Poster presetntation,»Restoration of soil microbiological communities on the surfaces of former mines: insights from metagenomic methods application» Conference «BiATA 17″ Bioinformatics: from Algorithmics to applications, August 2-5 2017

Abakumov E.V. oral presentation «Humic Substances Development on the Initial Stages of Soil Formation Under the Reclamation practice on the Former mines of the Phosphorites, Leningrad Region» Fourth International Conference HIT — Humic Innovative Technologies — Form Molecular Analysis — to Nature Like technologies, October 15-21 2017, Moscow State University, Russia

Abakumov E.V. oral presentation «Stabilization of Soil Organic Matter and Soil Microbial Community in Abandoned Restoration Chronoseries of Post Mines Landscapes of European Russia» at 7th International IUPAC conference on Green chemistry, 2-5 October 2017, Moscow

Abakumov E.V., oral presentation «Prokaryotic communities of natural and antropogenically affected soils of King-George Island, Western Antarctica»  at VII  conference on Cryopedology, Yakutsk, 21-28 August 2017.

Дмитракова Я.А. постер «Микробиологические параметры молодых почв отвалов карьера по добыче известняков, Ленинградская область» Первый Российский микробиологический конгресс, 17-18 октября 2017

Дмитракова Я.А. постер «Метаболический коэффициент и содержание микробной биомассы в разновозрастных почвах хроносерии подзолов, формирующихся на отвалах карьера по добыче водноледниковых песков ленинградская область» Первый Российский микробиологический конгресс, 17-18 октября 2017