Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Одна из целей проекта состоит в том, чтобы связать микроструктурную организацию почв с микробиологической активностью, так как 1) распределение ферментов в почвах на микроуровне (мм-мкм) взаимосвязано с качеством органического вещества почв, а 2) степень минерализации органического вещества почв меняется в зависимости от типа микроструктурных элементов и соответствующих им уровней микроструктуры (микроагрегатов, элементарных почвенных частиц, ЭПЧ, и первичных элементов). На данный момент в мировой практике отсутствует подход, позволяющий энергитически разделить уровни ЭПЧ (или иначе composite building units, organo-mineral complexes) и микроагрегатов. На примере хроноряда черноземов мы обосновыли схему разделения микроструктурной организации почв, которую использовали для выявления закономерностей ферментативной активности почв и микробного разнообразия на микроуровне в эксперименте №1 Проекта. Нами показано, что предложенный подход позволяет разделить пулы углерода различной степени устойчивости и, соответственно, связанного с микроагрегатами почв, ЭПЧ и свободными органическими частицами (particulate organic matter). Таким образом, сделан важный шаг к совмещению данных о структурной организации, микробиологической активности и пулов С почв. Нами закончен эксперимент №1, в котором исследовались активность четырех ферментов цикла С и микробное разнообразие в зависимости от уровня микроструктурной организации почв. Результаты, полученные для серых почв (пахотного и лесного вариантов) полностью обработаны и подготовлена соответствующая публикация. Мы установили, что при переходе от более высокого к более низкому уровню микроструктурной организации почв (от микроагрегатов к первичным элементам) снижается микробное биоразнообразие. Экзоферменты, катализирующие гидролиз полимеров, накапливаются внутри первичных элементов почв. Тип землепользования влияет на биоразнообразие, но не на выравненность микробного сообщества, а различия в активности и разнообразии микробного сообщества, выявленными между фракциями сильнее, чем между типами землепользования. Ведется обработка результатов, полученных для второго типа почв. За первый год проекта закончена микротомографическая съемка монолитов почв для инкубационного эксперимента №2, посвященного времени существования ферментов в почве (на примере активности бета-глюкозидазы). Описаны микроструктурные особенности для двух фаз пахотных горизонтов серой почвы и чернозема (порового пространства и твердой фазы). Готовится статья о сравнении микростроения пахотных горизонтов серых почв и черноземов.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Выполнен эксперимент 2 – инкубационный модельный с микромонолитами почв и различными способами обработки (фумигации) нацеленный на выявление времени существования ферментов в почве. Для почв суглинистого гранулометрического состава с различным содержанием органического вещества (1.5-5%) теоретически и практически обоснована подход к разделению на микроструктурные уровни организации почвы. Вариабельность параметров почвы зависит от выбранного метода измерений, генезиса и типа землепользования почвы, а также уровня иерархии структурной организации почвы. Для метода компьютерной томографии определена вариабельность основных параметров порового пространства почвы (общей пористости, количества и среднего размера пор). Установлено, что, минимальное количество повторностей, необходимое для полной характеристики структуры почвы, составляет 7 шт. Отбор и анализ микромонолитов (размерам 2х3 см) в 3-х кратной повторности позволяет описать неоднородность структуры верхнего горизонта педона только на 25–30%. В рамках эксперимента 2 мы предположили, что количество и активность ферментов связаны с доступностью субстрата и благоприятностью среды на микроуровне для почвенной микробиоты. Поэтому наибольшая активность бета-глюкозидазы будет ассоциирована с участками структуры почв, которые содержат фрагменты неразложившихся растительных остатков, и в этих участках активность будет падать наиболее стремительно по времени. К моменту отчета по проекту нами подана на рецензирование статья с разработкой автоматического выделения растительных остатков на томограммах почв c нейронной сети, и начато сопоставление полученных в модельных экспериментов данных карт активности ферментов на основе зимографии и локализации пор и растительных остатков на основе томографии и сегментации почвы на три фазы (поры, растительные остатки, твердая фаза). Таким образом, заявленный экспериментальный план работ выполнен в полном объеме. Первичный анализ данных активности 𝛽-глюкозидазы, получаемый в суспензиях почв и с помощью зимографии выявил противоречия. Вероятно, связанные с особенностью пробоподготовки образцов почв к анализу активности ферментов в суспензии.