Роль беспозвоночных животных в сокращении выбросов парниковых газов и повышении климатической и экологической безопасности производства риса в России

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-14-00096

НазваниеРоль беспозвоночных животных в сокращении выбросов парниковых газов и повышении климатической и экологической безопасности производства риса в России

Руководитель Зайцев Андрей Станиславович, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем

Ключевые слова рис, рисовые чеки, парниковые газы, метан, детритные пищевые сети, почвенные беспозвоночные, экологическая безопасность, климатическая безопасность, круговорот углерода, устойчивое сельское хозяйство

Код ГРНТИ68.05.45

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Активное возрождение рисоводства и особенно его интенсификация в России в последние годы повышают климатическую и токсическую нагрузку на территории рисоразведения. Более чем 10%-ный рост посевных площадей под рис при резком росте урожайности в 2006-2014 годах увеличил валовый сбор этой культуры в стране до более чем 1 млн. тонн в год. Это достигается в том числе и постоянным увеличением доз внесения удобрений, пестицидов и гербицидов, которые приводят к практически полному уничтожению многоклеточных организмов не только на самих полях, но и в их окрестностях. Одновременно наблюдается взрывообразный рост эмиссии парниковых газов с затопленных в течении сезона выращивания риса чеков. При этом выделяются преимущественно углекислый газ, метан и в меньшей степени оксид азота, причем последние два газа имеют огромный потенциал глобального потепления (по отношению к CO2 он составляет 12 и 114 раз для CH4 и N2O соответственно). Подобное развитие событий создает неприемлемый уровень риска как для климата, так и для функциональной устойчивости ландшафтов в районах рисоводства. Поэтому, наряду с задачей обеспечения продовольственной безопасности страны, важно решить проблему обеспечения климатической и экологической безопасности производства риса в России. Поиск подходов к повышению экологической и климатической безопасности рисоводства становится особенно актуальным в свете проходящей в стране интенсификации сельского хозяйства, и в частности рисоводства, и увеличения посевных площадей под этой культурой (Постановление Правительства РФ от 14.07.2012 N 717). Перспективно при этом в максимальной степени задействовать уже существующие естественные экосистемные механизмы снижения метаногенеза и выделения других парниковых газов (N2O и СО2) на рисовых чеках. Значительный потенциал сокращения эмиссии парниковых газов, реинтеграции биогенных элементов из рисовой соломы и повышения устойчивости рисоводства несет обитающая на рисовых чеках и в их окрестностях фауна беспозвоночных животных. Несмотря на относительно скромный собственный вклад в процессы мобилизации и иммобилизации углерода, азота и других биогенных элементов, она играет важную роль в регуляции активности, продукции и биомассы микробиального звена детритных пищевых сетей, которое на 95% ответственно за эмиссию парниковых газов с рисовых чеков. Кроме того, почвенные животные и в первую очередь дождевые черви, играют важную роль в подготовке разложения рисовой соломы микроорганизмами, а также реинтеграции в почву накопленного в зеленой массе (которая в настоящее время преимущественно сжигается) углерода в почвенные циклы. В результате этого возможно биологическими методами повысить качество и естественное плодородие почв рисовых чеков. Решаемая научная проблема и задачи. Проект направлен на изучение научной проблемы биологической регуляции эмиссии парниковых газов и, соответственно, секвестирования потерь почвенного углерода в условиях переувлажненных местообитаний на примере рисовых чеков. Он ставит своей основной задачей обоснование сокращения биологическими методами валовых выбросов парниковых газов и черного углерода (сажи) в районах рисоводства, и повышение, таким образом, экологической и климатической безопасности производства риса на территории России. При этом предполагается решить ряд конкретных задач: 1. Проанализировать сообщества почвообитающих беспозвоночных животных и эмиссию основных парниковых газов в естественных местообитаниях и на рисовых чеках в трех основных районах рисоводства в России (Кубань, Прикаспий и Приморье). 2. Установить и количественно оценить вклад почвенных животных в процесс реинтеграции биогенных элементов при разложении рисовой соломы. 3. Выявить и количественно оценить важность аборигенных видов беспозвоночных животных как экосистемных инженеров, манипулирование численностью которых на рисовых чеках имеет максимальный потенциал стабилизации углерода в почве и в особенности сокращения объемов выделяемых парниковых газов в течении всего цикла затопления и дренирования рисовых чеков. 4. В различных климатических и эдафических условиях оценить роль почвенных беспозвоночных в поддержании естественного почвенного плодородия и, следовательно, увеличения урожайности риса за счет реинтеграции биогенных элементов из рисовой соломы. 5. Оценить роль беспозвоночных животных в сокращении потенциала глобального потепления климата в местах рисоводства на территории России. Районы исследований и методы. Исследования предполагается провести в трех модельных районах традиционно практикующих рисоводство в России: в Краснодарском крае, респ. Калмыкия и Приморском крае. Данные территории представляют весь спектр природных условий, в которых выращивается рис в России. Основными методами выбраны: 1) проведение метаанализа литературных данных и обобщение лучших экспертных мнений об эффективности различных таксонов почвенных беспозвоночных как стабилизаторов почвенного углерода и реинтеграторов биогенных элементов из рисовой соломы; 2) лабораторные эксперименты в мезокосмах для оценки роли почвенных беспозвоночных в сокращении выбросов парниковых газов и реинтеграции биогенных элементов из рисовой соломы в почву; 3) полевой эксперимент в мезокосмах на рисовых чеках для подтверждения результатов лабораторных экспериментов в реальных условиях; 4) моделирование потоков вещества и энергии с помощью существующих моделей детритных пищевых сетей, а также иные передовые методы математической обработки данных. Логическая модель проекта. Исходя из поставленных в данном проекте задач, предлагается следующая логическая модель исследований. 1. Для выявления наиболее важных в функциональном плане почвенных животных, которые обладают максимальным потенциалом депонирования и реинтеграции углерода и азота в почвы рисовых чеков, будет проведен анализ мировой литературы по данной тематике для широкого спектра переувлажненных местообитаний. На основании систематизации и обобщения лучших экспертных мнений будет составлен «длинный список» таксонов почвенных беспозвоночных, обладающих максимальным потенциалом сокращения выбросов парниковых газов и при этом способных выжить в условиях затопления на рисовых чеках. Параллельно будет изучена почвенная фауна рисовых полей и их окрестностей в модельных районах для формирования «короткого списка» видов беспозвоночных (решение Задачи 1). 2. Функциональная значимость выбранных видов беспозвоночных как стабилизаторов углерода и других биогенных элементов в почвах рисовых чеков будет проверена в двух лабораторных экспериментах по изучению разложения рисовой соломы и сокращения выбросов парниковых газов при разных уровнях влажности почв, симулирующих условия до и после сбора урожая риса (решение Задач 2 и 3) 3. Полученные результаты будут проверены для одного самого перспективного таксона почвенных беспозвоночных в полевых условиях в двух модельных районах в полевом эксперименте длительностью один год (решение Задачи 4). 4. Полученные знания и результаты будут использованы для выработки рекомендаций по использованию почвенных беспозвоночных для сохранения естественного почвенного плодородия и повышения экологической и климатической безопасности рисоводства (решение Задачи 5).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гонгальский К.Б.,Турбанов И.С.,Медведев Д.А.,Волкова Ю.С. Description of a new species of the genus Protracheoniscus Verhoeff, 1917 and redescription of Protracheoniscus kryszanovskii Borutzky, 1957 from the southeast of European Russia (Isopoda, Oniscidea, Agnaridae) ZooKeys, 801: 189–205 (год публикации - 2018)
10.3897/zookeys.801.23167

2. Зайцев А.С., Горбунова А.Ю., Коробушкин Д.И., Дегтярев М.И., Жадова А.Н., Костина Н.В., Гонгальский К.Б. The earthworm species Eisenia fetida modulates greenhouse gas release and carbon stabilization after rice straw amendment to a paddy soil European Journal of Soil Biology, 89:39-44 (год публикации - 2018)
10.1016/j.ejsobi.2018.10.003

3. Колесников В.Б.,Турбанов И.С.,Гонгальский К.Б. Two new species of false scorpion genus Ephippiochthonius Beier, 1930 (Arachnida: Pseudoscorpiones: Chthoniidae) from Western Ciscaucasia, Russia. Arthropoda Selecta (год публикации - 2019)

4. Гуо Ю., Гао М., Лиу Д., Зайцев А.С., Ву Д. Disentangling the drivers of ground-dwelling macro-arthropod metacommunity structure at two different spatial scales Soil Biology and Biochemistry, 130: 55–62 (год публикации - 2019)
10.1016/j.soilbio.2018.12.002

5. Рябинин Н.А., Зайцев А.С. Новые виды панцирных клещей (Acari, Oribatida) с острова Сахалин Зоологический журнал (год публикации - 2019)

6. Дегтярев М.И., Коробушкин Д.И., Гонгальский К.Б., Зайцев А.С. Население энхитреид (Annelida, Clitellata, Enchytraeidae) и его зависимость от эдафических условий в рисовых агроэкосистемах России Экология (год публикации - 2019)

7. Коробушкин Д. И.,Зайцев А. С.,Сайфутдинов Р. А., Гонгальский К.Б. Cообщества почвенных нематод рисовых агроэкосистем России Сборник материалов V научно-практической молодежной конференции «ЭКОБИО – 2018» 8 – 11 октября 2018 года, г. Севастополь, стр. 27 (год публикации - 2018)

8. Коробушкин Д.И., Гонгальский К.Б., Горбунова А.Ю., Зайцев А.С. Почвенная макрофауна рисовых чеков XVIII Всероссийское совещание по почвенной зоологии. 22–26 октября 2018 г., Москва, ИПЭЭ РАН. Материалы докладов. Тов-во научн. изданий КМК,, с.106-107 (год публикации - 2018)

9. Сайфутдинов Р.А., Зайцев А.С. Таксоцены коллембол (Hexapoda: Collembola) в рисовых агроэкосистемах России XVIII Всероссийское совещание по почвенной зоологии. 22–26 октября 2018 г., Москва, ИПЭЭ РАН. Материалы докла- дов. Тов-во научн. изданий КМК, с.173-174 (год публикации - 2018)

10. Горбунова А.Ю.,Зайцев А.С., Коробушкин Д.И., Дегтярев М.И.,Костина Н.В., Гонгальский К.Б. Влияние дождевых червей на эмиссию СО2 и СН4 и стабилизацию углерода в почве при разложении рисовой соломы XVIII Всероссийское совещание по почвенной зоологии. 22–26 октября 2018 г., Москва, ИПЭЭ РАН. Материалы докладов. Тов-во научн. изданий КМК, с.65-66 (год публикации - 2018)

11. Зайцев А.С. Почвенные клещи на рисовых чеках: биоиндикационное значение и экосистемные функции. Наземные и морские экосистемы Причерноморья и их охрана. Сборник тезисов научно-практической конференции . Новороссийск, Краснодарский край,Россия 23-27 апреля 2018 г., с.46-47 (год публикации - 2018)

12. Горбунова А.Ю., Коробушкин Д.И., Дегтярев М.И., Костина Н.В., Гонгальский К.Б., Лебедев Ю.М., Зайцев А.С. Влияние дождевых червей на эмиссию CO2 и CH4 при разложении рисовой соломы в почвах разных типов при разном уровне влажности Наземные и морские экосистемы Причерноморья и их охрана. Сборник тезисов научно-практической конференции . Новороссийск, Краснодарский край,Россия 23-27 апреля 2018 г., с. 32-33. (год публикации - 2018)

13. Коробушкин Д.И., Гонгальский К.Б. Isotopes in Isopodes: Analyzing ecology of woodlice by using stable isotopes of carbon and nitrogen Abstract Book of the 10th International Symposium on Terrestrial Isopod Biology, P. 35-36 (год публикации - 2017)

14. Танасевич А.В. A new Oreonetides Strand, 1901 from the Russian Far East (Araneae, Linyphiidae) Zootaxa, Vol. 4318, No.3, pp.596–599 (год публикации - 2017)
10.11646/zootaxa.4318.3.11

15. Гонгальский К.Б., Нефедьев П.С., Турбанов И.С. Слатина В.Ю., Лебедев Ю.М. Terrestrial isopods (Isopoda, Oniscidea, Agnaridae) from the northernmost limit of isopod distribution in southern Siberia, Russia Abstract Book of the 10th International Symposium on Terrestrial Isopod Biology, P. 26-27 (год публикации - 2017)

16. Гонгальский К.Б. The first record of the genus Desertoniscus Verhoeff, 1930 (Isopoda, Oniscidea, Agnaridae) from Europe, with the description of a new species Zootaxa, Vol. 4347, No 3, pp. 583–591 (год публикации - 2017)
10.11646/zootaxa.4347.3.10

Публикации