Теоретические основы, экспериментальные методы контроля и ремедиации почв при загрязнении полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами

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 19-74-10046

НазваниеТеоретические основы, экспериментальные методы контроля и ремедиации почв при загрязнении полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами

Руководитель Сушкова Светлана Николаевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" , Ростовская обл

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-108 - Почвоведение

Ключевые слова почва, полициклические ароматические углеводороды, тяжелые металлы, микроорганизмы, контроль загрязнения, биоремедиация, метагеномное профилирование, методы экстракции, субкритическая вода, биочар

Код ГРНТИ68.05.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Почва является главным компонентом ландшафта, депонирующим поллютанты, и, соответственно, самым мощным биогеохимическим барьером, обуславливающим перенос техногенных компонентов в другие объекты экосистемы и вовлечение соединений в пищевую цепь. Однако до сих пор не разработан комплексный подход к контролю содержания и подбору эффективных методов ремедиации приоритетных загрязнителей – полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и тяжелых металлов в почвах и растениях, в условиях техногенного загрязнения, хотя данные поллютанты зачастую одновременно комплексно воздействуют на экологическое состояние территории. Проект направлен на разработку теоретических основ и экспериментальных методов контроля и восстановления почв при сочетанном загрязнении полициклическими органическими углеводородами (16 приоритетных ПАУ) и тяжелыми металлами (Cu как приоритетный загрязнитель). Впервые в представленном проекте предполагается получить детальную информацию об особенностях поведения наиболее опасных групп органических поллютантов – ПАУ в присутствии Cu, их влияния на растения и микроорганизмы. Теоретическая основа решения поставленной задачи состоит в разработке подходов к изучению состояния загрязненных почв, механизмов удерживания ими поллютантов, усилении прочности закрепления в почве ТМ и ПАУ и/или более быстрой деградации полиаренов при внесении сорбентов совместно с микроорганизмами-деструкторами, селективно выделенными из почв, находящихся под многолетним техногенным воздействием. Экспериментальная основа решения поставленной задачи состоит в обосновании и апробации современных, экологически чистых методов и технологий, позволяющих получить новую информацию о процессах аккумуляции и трансформации поллютантов при сочетанном загрязнении ими почв. Будут изучены ответные морфо-физиологические реакции растений и микроорганизмов на сочетанное загрязнение почв ПАУ и ТМ. Предполагается впервые получить информацию о закономерностях и механизмах аккумуляции и трансформации соединений ПАУ и ТМ в почвах на примере техногенно загрязненных территорий. Полученные результаты на почвах импактных зон будут сопоставлены с результатами специально заложенного многофакторного вегетационного опыта с искусственным загрязнением ПАУ и Cu и последующим внесением углеродистого сорбента (биочар) как раздельно, так и в комплексе с устойчивыми к действию ПАУ и металл-резистентными штаммами микроорганизмов-деструкторов ПАУ. В ходе реализации проекта будет апробирован разработанный авторами инновационный экологически чистый метод экстракции в среде субкритической воды 16 ПАУ из почв и растений, подобраны оптимальные условия их экстракции при совместном загрязнении металла и ПАУ. Будет показана эффективность использования нового метода, его преимущества по сравнению со стандартными методами экстракции ПАУ. Будут изучены механизмы адаптационных возможностей культурных и дикорастущих растений, а также почвенных микроорганизмов при сочетанном загрязнении почв Cu и ПАУ на основе традиционных методов анализа и инновационных методов трансмиссионной электронной и сканирующей электронной микроскопии с высокой чувствительностью. Будет определено содержание Cu и ПАУ в надземной и корневой частях растений, проанализирована взаимосвязь между содержанием токсикантов в почвах и растениях, в целом, что позволит установить закономерности их биоаккумуляции при совместном присутствии. Станет возможной разработка биогеохимической модели накопления и деструкции ПАУ в почве в зависимости от уровня накопления поллютанта, физико-химических и биологических свойств почв, в присутствии ТМ. Будет дана оценка токсического действия органических поллютантов, как отдельно, так и совместно с Cu на стабильность генома бактериоценоза импактных зон с высоким (импактная зона Новочеркасской ГРЭС) и сверхвысоким (импактная зона химического предприятия, Каменск-Шахтинский район Ростовской области) уровнями загрязнения. Для этого будет проведено метагеномное профилирование бактериоценоза импактной зоны с целью выделения штаммов-деструкторов ПАУ, а также резистентных к ТМ штаммов, для создания микробиологического препарата, применяемого в комплексе с сорентом. Для изучения эффективности внесения выбранного углеродистого сорбента – биочара на загрязненных почвах будет установлена способность микроорганизмов образовывать биопленки на поверхности частиц сорбента. Полученные результаты на почвах импактной зоны будут сопоставлены с результатами специально заложенного многофакторного вегетационного опыта с искусственным загрязнением ПАУ и последующим внесением углеродистого сорбента (биочара) как раздельно, так и в комплексе с устойчивыми к действию ПАУ штаммами микроорганизмов. На основе полученных результатов будет разработан эффективный комплексный метод сорбционной биоремедиации почв, учитывающий степень загрязнения, физико-химические и биологические свойств почв. Данный метод будет включать применение специальных биосорбентов, состоящих из углеродистого сорбента - биочара, обработанного живой культурой микроорганизмов. Будет подобран оптимальный углеродистый сорбент - биочар с повышенными сорбционными свойствами, изготовленный из шелухи подсолнечника – регионального отхода агропромышленного комплекса, с заданными свойствами для оптимальной ремедиации техногенно загрязненных территорий, за счет увеличения удельной площади поверхности сорбента и оптимизации соотношения макро- и микропор при сорбции Cu, а также активизации микробиологической деятельности, направленной на деструкцию ПАУ. Cтанет возможным разработка и апробация методов сорбционной ремедиации почв с применением углеродистого сорбента совместно с микробиологическим препаратом. Будет изучена эффективность их раздельного и совместного применения на почвах при сочетанном загрязнении ПАУ и ТМ. Полученные фундаментальные знания в данной области позволят наиболее эффективно подобрать дозы вносимых сорбентов, изучить их действие и последействие, а также разработать рекомендации по применению тех или иных сорбентов в условиях высокого и сверхвысокого уровней техногенного загрязнения на примере предприятий, вносящих существенный вклад в загрязнение почв юга России. Полученные в результате выполнения проекта результаты позволят систематизировать данные в области фундаментальных процессов накопления неспецифических органических и неорганических соединений, как при раздельном, так и при совместном загрязнении в почвах юга России.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ