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 23-17-00118

НазваниеЭкологические функции и экосистемные услуги микробного сообщества почв и почвенных конструкций городов Арктики в условиях потепления климата и антропогенной нагрузки

РуководительКорнейкова Мария Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс№80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-705 - География почв, геохимия ландшафтов

Ключевые словаАрктика, урбоэкосистемы, зеленая инфраструктура, газоны, конструктоземы, почвенный микробиом, функциональная активность, таксономическое разнообразие, экофизиологические показатели, экосистемные услуги

Код ГРНТИ87.03.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Оценка и прогнозирование экологических последствий климатических изменений и антропогенного воздействия особенно актуальны для Российской Арктики. Потепление климата, урбанизация и техногенное освоение территории приводит к необратимым изменениям хрупких арктических экосистем, утрате важных экологических функций и экосистемных услуг. Почвы обеспечивают такие ключевые экосистемные услуги как депонирование углерода, иммобилизация поллютантов и сохранение биоразнообразия. Экосистемные услуги городских почв в условиях Арктики остаются практически не изученными, в то время как данная информация необходима для создания устойчивых городских экосистем и прогнозировании их динамики на фоне глобальных изменений. Создание городской зеленой инфраструктуры становится важным стратегическим инструментом устойчивого развития городской среды, климатической адаптации и повышения качества жизни в городе. Среди высокого разнообразия городских почв особый интерес представляют почвенные конструкции, создаваемые для задач озеленения и благоустройства. Для них характерны изначально заданные параметры строения (время создания, типы субстратов, мощность и последовательность горизонтов), что позволяет прогнозировать динамику их экосистемных услуг в меняющихся условиях городской среды. Устойчивое развитие экосистем городских озелененных территорий во многом определяется взаимодействием микробных и растительных сообществ, механизмами их саморегуляции и адаптации к климатическим изменениям и антропогенным стрессам (загрязнение, засоление). Изменения, происходящие с почвенными микробными сообществами в городских условиях, сказываются на почвенных функциях, и, в конечном итоге, на обеспечиваемых экосистемных сервисах и могут приводить к появлению диссервисов (негативных эффектов) как, например, появление патогенных видов, сопряженное с рисками для здоровья человека. В отличии от многих исследований, сфокусированных на негативное воздействие городской среды на почвенный микробиом, цель данного проекта – изучить почвы объектов городской зеленой инфраструктуры как новую экологическую нишу для развития и функционирования микробных сообществ в условиях Арктики. Поставленная цель будет достигнута в несколько этапов: рекогносцировочный, полевые наблюдения с отбором проб и дальнейшим анализом в лаборатории, лабораторные эксперименты и мониторинговые исследования на стационаре. Объектами исследования будут города Мурманской области (Мурманск, Апатиты, Мончегорск), различающиеся по площади и численности населения. С использованием современных методов анализа будут изучены микробиологические свойства (количество копий генов бактерий, грибов, архей (ПЦР в реальном времени), таксономическое разнообразие (метагеномный анализ), функциональная активность (MicroResp), выявлены закономерности пространственного и профильного распределения параметров микробных сообществ. Особое внимание будет уделено изучению свойств микробных сообществ почвенных конструкций, созданных на основе региональных материалов (низинный торф, отходы промышленных производств, осадки сточных вод и пр.) и используемых при озеленении арктических городов с учетом мероприятий по содержанию и уходу за зелеными насаждениями. В результате будет дана оценка изменений, происходящих с микробными сообществами в условиях потепления климата; под воздействием загрязнения и засоления, а также при различных системах содержания (управления) объектов озеленения. Полученные экспериментальные данные позволят спрогнозировать последствия изменений микробных сообществ почв объектов зеленой инфраструктуры для состояния зеленых насаждений, здоровья человека и в целом для обеспечения экосистемных сервисов в арктических городах.

Ожидаемые результаты
Города Арктики представляют собой очень важный и актуальный объект исследований из-за уникального сочетания экстремальных природно-климатических условий региона и антропогенной нагрузки. Последствия урбанизации в арктической зоне мало изучены и сложно предсказуемы. Экосистемные услуги микробного сообщества городских почв и почвенных конструкций в условиях Арктики, их чувствительность к изменению температуры, антропогенному загрязнению и засолению остается практически не изученной. На фоне мировой повестки глобального изменения климата особую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение его воздействия на микробиом городских почв арктической зоны и оценке возможных последствий для развития зеленой инфраструктуры городов. Именно в городах Арктики воздействие глобального потепления, усиленное эффектом городского острова тепла, может быть определяющим фактором в функционировании почвенных микробных сообществ и состоянии растительности. В рамках проекта будет проведен анализ состояния микробных сообществ почв городов Арктики, выявлены его особенности по сравнению с естественными почвами и определены основные факторы, влияющие на микробное сообщество городских почв. С использованием наиболее современных методов микробиологического анализа будут выявлены особенности изменений количественных показателей (ПЦР в реальном времени), таксономического разнообразия (метагеномный анализ) и функциональной активности (MicroResp) микробных сообществ городских почв, почвогрунтов и их компонентов. Полученные результаты будут принципиально отличаться от сложившейся практики микробиологических исследований городских почв, сосредоточенных на оценке санитарно-гигиенических показателей (бактерии группы кишечной палочки), изучающих таксономическую структуру микробного сообщества, заключающуюся в определении численности отдельных групп микроорганизмов на питательных средах; а также определяющих содержание C, N, P в почвенной микробной биомассе с помощью методов субстрат-индуцированного дыхания и фумигации–экстракции. При этом дополнительный акцент в исследовании будет сделан на выявление фитопатогенных и оппортунистических видов микроскопических грибов городских почвах и почвенных конструкциях, что является важным аспектом для создания устойчивых о безопасных для человека объектов городской зеленой инфраструктуры. Результатом проекта станет анализ динамики состояния и свойств микробных сообществ почвенных конструкций под воздействием климатических изменений (фактор температуры) и антропогенного стресса (засоление). По сравнению с воздействием загрязнения тяжелыми металлами, воздействие антропогенного засоления на почвенном микробное сообщество в городах Арктики остается практически не изученным, но актуальным для региона. В результате исследований будет определен перечень оптимальных и критических доз солей в составе противогололедных реагентов для почвенного микробного сообщества, а также разработаны рекомендации по дозам внесения противогололедных реагентов в регионе исследований. В результате лабораторного опыта будет определено влияние критических температур, которые возникают в регионе в отдельные периоды, на свойства микробного сообщества почвенных конструкций, а также спрогнозировано возможное изменение микробного сообщества при потеплении климата и проявлении эффекта острова тепла. По результатам лабораторных экспериментов будут выбраны почвенные смеси наиболее оптимального состава и апробированы в полевом модельном эксперименте - на открытых площадках, где будет учтен комплекс факторов, включая мероприятия по уходу за зелеными насаждениями (стрижка, внесение удобрений). В результате эксперимента будут выявлены особенности динамики состояния микробных сообществ в разных типах почвенных конструкций в неконтролируемых условиях (открытые площадки), влияние мероприятий по содержанию и уходу за зелеными насаждениями на свойства почвенных микробных сообществ и состояние газонных систем (величина корневой биомассы, эстетический вид). Результаты исследований будут сравнены с данными, собранными в трех исследуемых городах, и будет оценено влияние возраста газонов на динамику почвенного микробного сообщества и его функционирование. Впервые для городов арктической зоны будет проведена оценка экосистемных сервисов, обеспечиваемая почвенным микробным сообществом, в условиях потепления климата и антропогенного стресса. Будут проанализированы возможные последствия этих изменений для состояния зеленых насаждений, здоровья человека. Одновременное изучение состояния микробных сообществ, абиотических факторов (температура и влажность почвы), свойств почв и состояния зеленых насаждений позволит получить комплексную информацию о развитии экосистем городских озелененных территорий, факторах и механизмах их саморегуляции и адаптации к условиям городской среды. Ожидаемые конкретные научные результаты включают: - база данных химического состава городских почв и анализ степени их нарушенности; - база данных количественных и качественных показателей микробных сообществ, экофизиологических индексов, характеризующих их активность в городских почвах; - закономерности пространственного и профильного распределения параметров микробных сообществ в изучаемых городах; - база данных по химическим (рН, содержание С, N, P, K) и микробиологическим свойствам (количественные показатели, функциональная активность) почвенных смесей, используемых при озеленении городов Арктики; - базы данных динамики микробиологических показателей (функциональная активность, базальное дыхание и пр.) i) при разных температурах, включая аномальные для Арктики ii) при разных концентрациях солевых растворов, включая критические; - базы данных динамики эмиссии СО2, температуры и влажности, растительной биомассы и состояния газонов в течение двух лет после создания экосистемы городской озелененной территории; - сравнительный анализ свойств почвенных микробных сообществ, эмиссии СО2, функций и состояния газонов на ранних стадиях развития (1-2 года) с газонами 3-4 летнего возраста; - база условно-патогенных микроорганизмов почв городов Арктики, потенциально опасных для здоровья человека; - рекомендации по дозам внесения противогололедных средств в городах Арктики, разработанные на основе оптимальных и критических концентраций солевых растворов, выявленных в лабораторном эксперименте. Часть полученных результатов может быть использована для задач городского планирования озеленения и благоустройства, в частности, для прогнозирования рисков деградации почв и растительности озелененных территорий при температурных аномалиях и повышенных антропогенных нагрузках. Результаты проекта будут опубликованы не менее, чем в 12 статьях Scopus/WoS (пяти – в Q1) и представлены на международных конференциях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---