пятница, 28 июля 2023 
Фото Марии Корнейковой
С 28 июня по 7 июля состоялась экспедиция группы ученых-почвоведов, микробиологов и экологов в рамках проекта Российского научного фонда «Экологические функции и экосистемные услуги микробного сообщества почв и почвенных конструкций городов Арктики в условиях потепления климата и антропогенной нагрузки». Проект, которым руководит кандидат биологических наук Мария Корнейкова, объединяет ученых Центра Смарт технологий устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений Российского университета дружбы народов, Института проблем промышленной экологии Севера, Полярно-альпийского ботанического сада-института, Лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики КНЦ РАН и Института географии РАН.
Несмотря на то, что на дворе только середина лета, полевая часть работ по первому этапу проекта уже закончена. Впереди – много лабораторных исследований, анализов и интерпретация полученных результатов.
– Идея проекта – это изучение почвенных микробных сообществ в городах Арктики (на примере трех городов Мурманской области), оценка их функционирования и реализации предоставляемых для человека экосистемных услуг, – объясняет Мария Корнейкова. – Изучению почвенных микробных сообществ в городах Арктики уделяется значительно меньше внимания, чем на территориях, подверженных загрязнению выбросами промышленных предприятий. Однако урбанизация – это особенный тип антропогенного воздействия. С одной стороны, отрицательное влияние человека на окружающую среду, связанное с его повседневной деятельностью (градообразующие предприятия, автомобильный транспорт, бытовые отходы, выгул домашних животных, вытаптывание территорий и пр.), а с другой стороны, положительное, когда в городах человек может улучшить природную среду, создать зеленые насаждения, используя при этом конкретные материалы, например, почвенные смеси определенного состава, может подобрать ассортимент растений и проводить определенный набор мероприятий по уходу за зелеными насаждениями для их поддержания и сохранения. Наличие таких сведений позволяет нам выявить факторы, которые оказывают влияние на почвенные микробные сообщества в городах Арктики и оценить их функционирование.
Работа над проектом разделена на три этапа. В этом году реализован первый полевой этап проекта. В трех городах области – Апатитах, Мончегорске и Мурманске было выбрано по 3 парка/сквера – места общегородского пользования, наиболее часто посещаемые жителями для прогулок и отдыха и в то же время не испытывающие прямой антропогенной нагрузки со стороны автотранспорта и промышленных предприятий. В Апатитах в качестве объектов исследования выбраны парк им. А.С. Пушкина, парк «Огни города» и Академгородок; в Мончегорске – экопарк на Ленинградской набережной, сквер на Монче и парк им. С. Бровцева; в Мурманске – парк Жертв Интервенции, парк Рябиновая Аллея и парк в районе Семеновского озера. Критериями для отбора объектов исследования были возраст, история создания, рекреационная нагрузка. Для каждого города также были выбраны фоновые площадки в увлажненных и засушливых условиях.
Часто при отборе образцов на микробиологический анализ ограничиваются поверхностным слоем почвы, а в этом проекте образцы отбирали по почвенному профилю. Особенности состава и гидрологического режима фоновых северных почв создают условия для обитания микроорганизмов не только в поверхностном горизонте, но и значительно глубже. Поскольку городские почвы очень неоднородны и состоят из разных субстратов, содержат артефакты на различной глубине, мы нередко встречаем погребенные почвенные горизонты. Именно в них создаются дополнительные ниши для развития микроорганизмов. Безусловно, свойства микробных сообществ городских почв существенно отличаются от фоновых территорий и от городов других климатических районов, – подчеркивает Мария Владимировна.
– Закладывать почвенные разрезы на Севере задача непростая. Почвообразующая горная порода залегает неглубоко и содержит очень много крупных камней, что определяют небольшую глубину разреза и сложность его выкапывания. Например, в апатитском парке имени Пушкина. Это парк естественный, никто туда не подсыпал почвенные субстраты, и это сразу видно по почвенному профилю. Но в то же время эти почвы находятся под антропогенным воздействием, и очень интересно посмотреть, как чувствуют в них себя микроорганизмы. Мы встречали и другие примеры. Так, в мурманском парке Жертв интервенции мы заложили очень интересный почвенный разрез глубиной 1,2 метра. В профиле хорошо видно всю историю создания почв, понятно, какими были исходные почвы, когда проводили реконструкцию, подсыпали субстраты и так далее. Изучение таких разных по генезису почв парков позволяет нам выявить особенности функционирования микробных комплексов в разнообразных условиях арктического города.
Используя современные методы, такие как метагеномный анализ или ПЦР в реальном времени, ученые посчитают количество копий генов разных групп микроорганизмов, видовое разнообразие и функциональную активность микробных сообществ, выяснят закономерности распределения их параметров «по вертикали и по горизонтали». Кроме того, будут определены и физико-химические свойства почв, их уровень загрязнения. Почвоведы из Института географии РАН и РУДН проведут детальное описание почв на всех участках, включая и особенности их морфологии.
На втором этапе проекта будет проведена серия лабораторных экспериментов. Исследователи используют почвенные субстраты разного состава и протестируют их в контролируемых условиях. Особое внимание они уделят почвенным смесям на основе местных материалов природного (например, торфа), и техногенного (отходы промышленных предприятий или осадки сточных вод) происхождения.
– В проекте мы планируем посмотреть влияние двух факторов – температуры и засоления, – объясняет Мария Корнейкова. – Известно, что в городской среде формируется «остров тепла», и в целом потепление климата в Арктике имеет более серьезные последствия, чем в других регионах. Интересно посмотреть, как изменение температуры будет влиять на свойства почвенных микробных сообществ, выполняемые ими функции и оказываемые услуги. Исследования покажут, как меняются разнообразие и активность микроорганизмов, растет или снижается при этом количество патогенных микроорганизмов, повышаются или снижаются полезные свойства микробов.
Также в проекте будет изучено влияние фактора засоления. Воздействие промышленных выбросов на почву достаточно хорошо изучено на Кольском полуострове, а вот последствия использования противогололедных реагентов пока проходили мимо внимания ученых. В Апатитах их мало используют, а в Мурманске соль с дорог попадает на тротуары, на газоны, в почву и оказывает влияние на почвенное микробное сообщество и растительность. Изучив влияние этого фактора, участники проекта смогут подобрать оптимальные почвенные смеси, дозы внесения реагентов и разработать рекомендации.
На третьем этапе проекта работы пройдут на открытых модельных площадках. В 2020 году совместно с коллегами из ПАБСИ и Лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики КНЦ РАН был создан почвенный стационар, на котором тестируют почвенные смеси разного состава, разные способы посева газонов (сеяный/рулонный), дозы семян и другие параметры. Здесь регулярно измеряют почвенную эмиссию, определяют химические и микробиологические свойства почв и наблюдают за динамикой их изменения. В рамках нового исследования ученые добавят варианты почвенных смесей и помимо ранее изучаемых параметров будут оценивать, например, как мероприятия по уходу могут влиять на свойства почвенных микробных сообществ и их функционирование.
– Почвенные микробные сообщества, как известно, выполняют важные экологические функции – объясняет Мария Владимировна. – Проект направлен на оценку степени реализуемости этих функций в городских почвах. Существует также понятие экологические услуги или сервисы, то есть те блага, которые может человек получать от микробных сообществ. На это также направлен наш проект. Например, микроорганизмы участвуют в процессах трансформации органического вещества, обеспечивают круговорот элементов в экосистеме и влияют на состояние зеленой инфраструктуры города посредством регуляции доступности этих элементов растениям. В свою очередь, состояние зеленой инфраструктуры связано с эстетическим восприятием. Следовательно, микробиом почвы во многом обеспечивает поддерживающие, производственные и даже культурные экосистемные сервисы. Это примеры сервисов или «полезных услуг». Однако также известно, что в городских почвах увеличивается количество патогенных и условно патогенных микроорганизмов. Их способность приносить вред здоровью растений, животных и человека является диссервисами. Поскольку городские парки призваны создавать комфортную среду для жителей города, нам нужно понять, в каких условиях почвенные микробные сообщества будут лучше всего выполнять свою «работу». Почвы удерживают углерод и загрязнители, способствуют сохранению разнообразия животных и растений, и без понимания того, как они функционируют и реагируют на внешние воздействия, нельзя прогнозировать и контролировать изменения городских экосистем на фоне глобальных изменений. Зеленая инфраструктура крайне необходима при создании комфортных для человека условий в городе.
Результаты проекта будут иметь фундаментальное и прикладное значение. Мы получим данные по химическим и микробиологическим свойствам городских почв Кольского полуострова. В результате этого будут созданы базы данных изученных параметров, разработан ряд практических рекомендаций по подбору состава почвенных смесей, использованию противогололедных средств в арктических городах и пр. для специалистов в области городского планирования озеленения и благоустройства. Не исключено, что в процессе реализации проекта мы получим какие-то интересные и неожиданные результаты, которые могут скорректировать наши планы и натолкнуть на новые идеи и эксперименты.
Уже в начале реализации проекта я хочу выразить благодарность всем коллегам из Институтов Кольского научного центра за сотрудничество, администрации г. Апатиты и Мончегорск, МБУ ДО ЦРТДиЮ «Полярис» г. Мончегорск, МАУК «Мурманские городские парки и скверы», Министерству культуры Мурманской области за поддержку проекта в вопросе согласования проведения работ на территории городских объектов.
