Наноплатформа на основе металлоорганических полимеров для контроля качества и безопасности загрязненных почв промышленных и сельскохозяйственных ландшафтов

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 22-76-10054

НазваниеНаноплатформа на основе металлоорганических полимеров для контроля качества и безопасности загрязненных почв промышленных и сельскохозяйственных ландшафтов

Руководитель Бауэр Татьяна Владимировна, Кандидат биологических наук

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

Конкурс №71 - Конкурс 2022 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 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова Химическое загрязнение, тяжелые металлы, почвы, растения, биоремедиация, трансформация, поглощение, стабилизация, сорбенты, биоуголь, металл-органические каркасные структуры, нанокомпозит

Код ГРНТИ87.21.09

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в сельском хозяйстве остро стоит задача перехода к экологически чистому хозяйству, обеспечивающему продовольствием растущее население Земли. Загрязнение почв представляет собой глобальную мировую проблему, поскольку от этого зависит продовольственная и экологическая безопасность населения. Одними из наиболее опасных загрязняющих почвы веществ, влияющих на их качество, являются тяжелые металлы (ТМ) в силу их стойкости и высокой токсичности. Анализ мировых тенденций в сфере сельского хозяйства позволяет определить ключевыми трендами экономическую эффективность и ужесточение мер по охране окружающей среды. Об этом факте свидетельствует постоянно растущий интерес к агрохимическим препаратам пролонгированного/контролируемого действия с минимальными потерями и наименьшим вредом для окружающей среды. Перспективным направлением является использование наноразмерных металл-органических каркасов (МОК) в качестве интеллектуальной платформы для адресной доставки препаратов сельскохозяйственным растениям с их медленным высвобождением в корневой зоне и долгосрочным эффектом для роста и развития растений. Создание таких наноконтейнеров является актуальной задачей с практической точки зрения. В связи с этим проект направлен на разработку ресурсосберегающих технологий повышения качества и безопасности почв с учетом их функционального назначения, особенностей и уровня загрязнения, позволяющий с максимальной эффективностью устранить последствия антропогенного воздействия. Будут созданы композиционные сорбенты нового поколения и интеллектуальные системы доставки агрохимических препаратов сельскохозяйственным культурам на основе металлорганических наноразмерных полимеров. В качестве матрицы при получении нанокомпозитов будет использован биоуголь из отходов регионального растительного сырья (солома зерновых, лузга подсолнечника, шелуха риса) и осадков сточных вод. Путем подбора определенных условий пиролиза (температуры, скорости нагрева и длительности нагрева и сырья) будет получен биоуголь с заданными функциональными параметрами. В целях повышения безопасности биоугля, получаемого из осадков сточных вод, будет применена технология совместного пиролиза с отходами растительного сырья. Для улучшенных сорбционных характеристик и придания нанокомпозитных свойств биочару будут синтезированы МОК типа UiO-66, ZIF-8 и MIL-100 с последующим их введением в углеродистую матрицу биоугля, что позволит решить проблему ремедиации высоко загрязненных почв. С целью разработки принципов управления функционированием агроэкосистем будут созданы наночастицы МОК, содержащие в порах молекулы фитогормонов (препаратов группы ауксинов), и покрытые гуминовыми кислотами для усиления эффекта. Предполагается, что введение данных препаратов будет способствовать адаптации растений в условиях антропогенной нагрузки, регуляции всех ростовых процессов и морфогенеза растений. Оценка эффективности разработанных сорбентов и наноконтейнеров для адресной доставки растениям стимуляторов роста будет выполняться в опытах по фитотоксичности и в условиях модельных вегетационных опытов с тест-культурой ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) на почвах черноземной зоны с разным уровнем загрязнения выбросами промышленных предприятий и территорий углеотвалов. В условиях модельных опытов будет изучено влияние сорбентов и нанокомпозитов на процессы трансформации и стабилизации в почвах наиболее распространенных для исследуемых территорий ТМ (Cd, Cu, Zn и Pb). С использованием термодинамических методов физико-химического анализа в комплексе с современными методами XAFS-спектроскопии и методами последовательного фракционирования будет изучена сорбционная способность почв в присутствии углеродистых сорбентов и нанокомпозитов по отношению к ТМ, установлены виды формирующихся связей при их взаимодействии. Методами световой и просвечивающейся электронной микроскопии с системами энергодисперсионного микроанализа, а также методом рентгенофлуоресцентного микроанализа с синхротронным излучением (μ-XRF) будет исследована локализация металлов в тканях и клетках растений. Сформированная в рамках проекта наноплатформа будет иметь модульную (гибкую) систему, позволяющую использовать различные сорбенты и их сочетания для целей восстановления загрязненных почв промышленных и сельскохозяйственных ландшафтов. Для Ростовский области тесное соседство промышленности и сельского хозяйства приводит к загрязнению почв на значительных территориях. Создание и применение такой контролируемой эффективной многофункциональной наноплатформы позволит одновременно снизить негативное влияние загрязняющих веществ на почву, увеличить продуктивность почв агроценозов и обеспечить получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Разработанные технологии и полученные на их основе результаты станут научной основой создания единой биотехнологической платформы по выбору комплекса методов восстановления почв, что позволит сделать вклад в систему обеспечения продовольственной и экологической безопасности Российской Федерации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бутова В.В., Бурачевская О.А., Бауэр Т.В., Минкина Т.М. MOF-801-Based Nano-Carrier for Sustainable Agriculture NeuroQuantology, NeuroQuantology, V. 20, No 10 (2022) 8666-8676 (год публикации - 2022)
10.14704/nq.2022.20.10.NQ55850

2. Лобзенко И., Бурачевская М., Замулина И., Барахов А., Бауэр Т., Манджиева С., Сушкова С., Минкина Т., Терещенко А., Калиниченко В., Хронюк О., Раджпут В.Д. Development of a Unique Technology for the Pyrolysis of Rice Husk Biochar for Promising Heavy Metal Remediation Agriculture, Vol.12, Is. 10. 1689 (год публикации - 2022)
10.3390/agriculture12101689

3. Бурачевская М.В., Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Лобзенко И.П., Северина В.И. Влияние биоугля на фитотоксичность чернозема обыкновенного, загрязненного свинцом Актуальная биотехнология, № 1 (35). С. 67-69. (год публикации - 2022)

4. Бурачевская М.В., Замулина И.В., Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Лобзенко И.П., Барахов А.В., Тимофеева А.Г. Влияние биочара на гранулометрический и микроагрегатный состав загрязненной цинком почвы Развитие водных транспортных магистралей в условиях глобального изменения климата на территории Российской Федерации (Евразии) («Опасные явления – IV») памяти члена-корреспондента РАН Д.Г. Матишова: материалы IV Международной научной конференции, Ростов-на-Дону: Издательство ЮНЦ РАН, 2022. – С. 197-201. (год публикации - 2022)

5. Мазаржи М., Байеро М.Т., Бауэр Т., Минкина Т., Манджиева С., Сушкова С. Application of porous nanomaterials for treatment and remediation of heavy metal-contaminated media Развитие водных транспортных магистралей в условиях глобального изменения климата на территории Российской Федерации (Евразии) («Опасные явления – IV») памяти члена-корреспондента РАН Д.Г. Матишова: материалы IV Международной научной конференции, Ростов-на-Дону: Издательство ЮНЦ РАН, 2022. – С. 389-392. (год публикации - 2022)

6. Бауэр Т.В., Минкина Т.М., Федоренко А.Г., Барахов А.В., Хронюк О.Е. Влияние биочара из различного сырья на поглотительную способность почв по отношению к тяжелым металлам СТЕПНАЯ ЕВРАЗИЯ – УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ: сборник материалов международного форума, Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2022. – С. 19-22. (год публикации - 2022)

7. Мазарджи М., Бауэр Т., Минкина Т., Манджиева С., Сушкова С. An efficient method of remediating heavy metals from contaminated soil with sunflower husk-derived biochar Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки: материалы Международной молодежной научной школы, Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2022. – С. 293-297. (год публикации - 2022)

8. Мазаржи М., Байеро М. Т., Минкина Т., Сушкова С., Манджиева С., Бауэр Т. В., Солдатов А., Силланпаа М., Вонг М. Х. Nanomaterials in Biochar: Review of their Effectiveness in Remediating Heavy Metal-Contaminated Soils Science of the Total Environment, Vol. 880. 163330. (год публикации - 2023)
10.1016/j.scitotenv.2023.163330

9. Поляков В., Бауэр Т., Бутова В., Минкина Т., Раджпут В.Д. Nanoparticles-Based Delivery Systems for Salicylic Acid as Plant Growth Stimulator and Stress Alleviation Plants, Vol. 12, Is. 8. 1637. (год публикации - 2023)
10.3390/plants12081637

10. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Минкина Т.М., Раджпут В.Д. Nanoparticles for auxin delivery Abstract book International Conference on Biotechnology and Human Welfare: Vision 2030 and Beyond (ICBHW-2023), P. 54-55 (год публикации - 2023)

11. Поляков В., Грицай М., Рудь П., Бутова В., Бауэр Т., Минкина Т. Metal-Organic Frameworks as effective Zn2+ sorbents for soil remediation Abstract book International Conference on Biotechnology and Human Welfare: Vision 2030 and Beyond (ICBHW-2023), P. 42 (год публикации - 2023)

12. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Поляков В.А. Изучение поглотительной способности биочара для целей ремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв Материалы Международной научной конференции XXVI Докучаевские молодежные чтения «Матрица почвоведения» / Под ред. Б.Ф. Апарина. – СПб., С. 77-78. (год публикации - 2023)

13. Хронюк О. Е., Бауэр Т. В. Изучение адсорбционной способности тяжелых металлов на углеродистом сорбенте для целей восстановления загрязненных почв Материалы Международного молодежного научного форума "Ломоносов 2023", С. 166-167. (год публикации - 2023)

14. Лысенко Д.С., Литвинова А.В., Волошина М.С., Крепакова М.Р., Бесчетников В.В., Бауэр Т.В. Влияние загрязнения почв наночастицами цинка на активность супероксиддисмутаза и белка в растениях ячменя (Hordeum sativum distichum) Материалы Международного молодежного научного форума "Ломоносов 2023", С. 24-25. (год публикации - 2023)

15. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Минкина Т.М. Advances in nanoparticle and organic formulations for prolonged controlled release of auxins Plant Physiology and Biochemistry, Vol. 201, 107808. (год публикации - 2023)
10.1016/j.plaphy.2023.107808

16. Бурачевская М.В., Бауэр Т.В., Лобзенко И.П., Горовцов А.В, Вечканов Е.М., Плотников А.А., Барахов А. В., Федоренко Е.С., Замулина И.В., Минкина Т.М. Влияние углеродистых сорбентов, полученаных из рстительного сырья, на подвижность Zn в почве / Influence of carbonaceous sorbents obtained from vegetable raw materials on the mobility of Zn ions in soil Химия растительного сырья/Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, № 1, С. 323-331. (год публикации - 2023)
10.14258/jcprm.20230111702

17. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Лацынник Е.С. Изменение подвижности Zn в черноземе при внесении биочара ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ГЕОЛОГИИ, ГЕОФИЗИКИ И ГЕОЭКОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ материалы VII Международной научно-практической конференции, С. 26-28. (год публикации - 2023)

18. Бауэр Т.В., Хронюк О.Е., Барахов А.В., Минкина Т.М., Болдырева В.Э. Карбонизация отходов растениеводства: свойства биочара и возможность его применения для ремедиации загрязненных почв Материалы Международной молодежной научной школы "Ремедиация почв: инновационные подходы к восстановлению экологических функций", С. 34-42. (год публикации - 2023)

19. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В., Рудь П.А., Минкина Т.М. Новые материалы для ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами Материалы Международной молодежной научной школы "Ремедиация почв: инновационные подходы к восстановлению экологических функций", С. 86-90. (год публикации - 2023)

20. Бауэр Т.В., Минкина Т.М., Лобзенко И.П., Хронюк О.Е., Болдырева В.Э., Федоренко А.Г. Сопиролиз осадков сточных вод и лигнинсодержащей биомассы: синергетический эффект и моделирование влияния параметров карбонизации на результаты оптимизации свойств биочара Материалы III Международной научной конференции "Современное состояние чернозёмов", С. 149-153. (год публикации - 2023)

21. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Раджпут В.Д., Минкина Т.М. Pioneering a New Frontier: Biochar as a Carrier for Agrochemicals Материалы III Международной научной конференции "Современное состояние чернозёмов", P. 212-216. (год публикации - 2023)

22. Рудь П.А., Поляков В.А., Бауэр Т.В., Бутова В.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Nanocomposites for the Pb removal from polluted soils Материалы Международной научной школы для молодых ученых «Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки», P. 225-228. (год публикации - 2023)

23. Грицай М., Бауэр Т., Поляков В., Бутова В., Рудь П., Минкина Т. Highly porous nanocomposite materials for remediation of contaminated soils Abstracts Book. THE 6 th International Conference on New Horizons in Basic and Applied Sciences, P. 28-31. (год публикации - 2023)

24. Бауэр Т.В., Поляков В.А., Рудь П.А., Бутова В.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Разработка нанокомпозита на основе биочара и MIL-100(Fe) для ремедиации почв, загрязненных медью Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции с международным участием "Почвы и окружающая среда", С. 501-504. (год публикации - 2023)

25. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Минкина Т.М., Болдырева В.Э. Синергетический эффект совместного пиролиза осадков сточных вод и лигнинсодержащей биомассы на свойства биочара и его адсорбционная способность по отношению к тяжелым металлам Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции с международным участием "Почвы и окружающая среда ", С. 599-603. (год публикации - 2023)

26. Лацынник Е.С., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М. Состав соединений тяжелых металлов в почвах зоны влияния терриконов угольных отвалов Ростовской области Международная научная конференция II Никитинские чтения «Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах», С. 307-312. (год публикации - 2023)

27. Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В., Грицай М.А., Рудь П.А., Минкина Т.М. Нанокомпозиты на основе биочаров и металл-органических каркасов для иммобилизации свинца в загрязненных почвах Материалы Международной научной конференции II Никитинские чтения «Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах», С. 490-494. (год публикации - 2023)

28. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Бутова В.В., Грицай М.А., Рудь П.А., Минкина Т.М. Разработка и оптимизация высокоэффективных нанокомпозитных сорбентов на основе биочаров и металл-органических координационных полимеров для ремедиации почв, загрязненных цинком Материалы XIII Международной биогеохимической школы-конференции «Эволюция биосферы, биогеохимические циклы и биогеохимические технологии: связь фундаментальных и прикладных исследований», С. 292-295. (год публикации - 2023)

29. Бауэр Т., Поляков В., Минкина Т., Киричков М., Грицай М., Намсараев З., Раджпут В.Д. Biochar derived from sewage sludge as a soil amendment: the impact of pyrolysis temperature on product characteristics along with heavy metal environmental risk Nanobiotechnology Reports, Vol. 19, No. 3, pp. 366–380. (год публикации - 2024)
10.1134/S2635167624600779

30. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Металл-органические каркасные полимеры для ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», С. 178-179 (год публикации - 2024)

31. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Болдырева В.Э. Механизм адсорбции тяжелых металлов черноземом обыкновенным в присутствии биочара Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», С. 193-194 (год публикации - 2024)

32. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Nanocarrier Based on MOFs for Auxins Delivery Abstract 2nd International Conference on Women in Multifaceted Research (ICWMR-2024), P. 159 (год публикации - 2024)

33. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А. Advancing Agricultural Delivery Systems: Incorporating Humic Acid into MIL-100 (Fe) Abstract 2nd International Conference on Women in Multifaceted Research (ICWMR-2024), P. 160 (год публикации - 2024)

34. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Композитные материалы на основе биочаров из осадков сточных вод и металл-органических каркасов для ремедиации загрязненных почв Материалы Международной научной конференции XXVII Докучаевские молодежные чтения «ТРАДИЦИИ И ИННОВАЦИИ В ПОЧВОВЕДЕНИИ», С. 20-21 (год публикации - 2024)

35. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Иванов Ф.Д., Тимофеева А.Г. Влияние температуры пиролиза на состав и безопасность применения биоугля из осадка сточных вод для ремедиации почв Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА», С. 403 (год публикации - 2024)

36. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В., Минкина Т.М. Перспективы использования металл-органического каркаса MIL-100(Fe) для ремедиации почв Актуальные проблемы экологии и природопользования : сборник материалов, С. 37-41 (год публикации - 2023)

37. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Тимофеева А.Г. Влияние условий получения и исходного сырья на сорбционные свойства биочара при добавлении в почву Тезисы докладов XX Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием «Наука Юга России: достижения и перспективы», С. 83 (год публикации - 2024)

38. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Новые гибридные наноматериалы для ремедиации почв и защиты растений Тезисы докладов XX Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием «Наука Юга России: достижения и перспективы», С. 251 (год публикации - 2024)

39. Бауэр Т. В., Барахов А. В., Минкина Т. М., Лацынник Е. С. Оценка степени загрязнения почв техногенных ландшафтов в зоне влияния терриконов угольных шахт Ростовской области Природа и общество: интеграционные процессы : материалы международной научно-практической конференции «Пятые ландшафтно-экологические чтения, посвященные Г. Е. Гришанкову», Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2022. – С. 212-217. (год публикации - 2022)

40. Хронюк О.Е., Бауэр T.В., Барахов А.В., Минкина T.М. Температура пиролиза и добавление лигнинсодержащей биомассы как ключевые факторы получения безопасных биосорбентов из осадков сточных вод в целях восстановления почв Рекультивация нарушенных земель: технологии, эффективность и биоразнообразие / Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием , С. 67-71. (год публикации - 2024)
10.31251/conf-2-2024

41. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Новые методы очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами Рекультивация нарушенных земель: технологии, эффективность и биоразнообразие / Сборник научных трудов Всероссийской научнопрактической конференции с международным участием , С. 22-24 (год публикации - 2024)
10.31251/conf-2-2024

42. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Металл-органические координационные полимеры как перспективные носители фитогормонов для растений: оценка сорбционной и десорбционной способности Материалы Международной конференции «Агротехнологии ХХI века: стратегия развития, технологии, инновации", С. 170-175 (год публикации - 2024)

43. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Барахов А.В. Исследование влияния температуры пиролиза на характеристики биоугля из осадков сточных вод и оценка экологической безопасности его применения для восстановления почв Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки : сборник трудов III Международной молодежной научной школы, С. 96-98 (год публикации - 2024)

44. Бауэр Т.В., Хронюк О.Е., Поляков В.А., Минкина Т.М., Грицай М.А. Синтез и применение нанокомпозита на основе MIL-100(Fе) и биочара в целях восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв Почвы – опора России: тезисы докладов IX съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, С. 762-764 (год публикации - 2024)

45. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Раджпут В.Д., Минкина Т.М. Analyzing the benefits and limitations of advanced 2,4-D herbicide delivery systems Crop Protection, Vol. 184. 106865 (год публикации - 2024)
10.1016/j.cropro.2024.106865

46. Грицай М.А., Поляков В.А., Бауэр Т.В., Бутова В.В. Разработка наноносителей на основе металл-органических каркасов, модифицированных гуминовой кислотой, для доставки агрохимических препаратов растениям Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки : сборник трудов III Международной молодежной научной школы , С. 70-72. (год публикации - 2024)

47. Болдырева В.Э. Закономерности гранулометрического состава черноземов Ростовской области, установленные по результатам анализа базы данных Почвы – опора России: тезисы докладов IX съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, С. 555-556. (год публикации - 2024)

48. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Болдырева В.Э. Получение и исследование биосорбента из осадка сточных вод в целях ремедиации почв Актуальная биотехнология, № 1. С. 44. (год публикации - 2024)

49. Федоренко А.Г., Бауэр Т.В. Исследование распределения химических элементов в тканях культурных растений на субклеточном уровне Тезисы II Международной научно-практической конференции "Изучение и сохранение биоразнообразия в ботанических садах и других интродукционных центрах", С. 96. (год публикации - 2024)

50. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Минкина Т.М., Барахов А.В., Лацынник Е.С. Фракционный состав тяжелых металлов в техногенно загрязненных почвах как диагностический показатель их экологического состояния Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сборник материалов, С. 136-140 (год публикации - 2024)

51. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Лацынник Е.С., Манджиева С.С., Минкина Т.М. Эффективность сорбционной ремедиации техногеннозагрязненной почвы при использовании углеродистых и нанокомпозитных сорбентов Сборник материалов XXI Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием «НАУКА ЮГА РОССИИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ» (год публикации - 2025)

52. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Лацынник Е.С., Тимофеева А.Г, Мотько П.В. Эффективность биосорбентов и нанокомпозитов в хемофитостабилизации почв, загрязненных Ni Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды, изменение климата, инновaционные технологии повышения плодородия деградированных почв» (год публикации - 2025)

53. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Грицай М.А., Минкина Т.М. Создание пористой наноплатформы контролируемой доставки сельскохозяйственных препаратов на основе UiO-66-NH2 Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-почвоведа, доктора биологических наук, профессора Т. А. Романовой «Актуальные проблемы почвоведения и агрохимии в природных и антропогенных ландшафтах» / Минск, 16–17 апреля 2025 г. , С. 51-53. (год публикации - 2025)

54. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Бутова В.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Модификация поверхности металл-органических каркасов (ZIF, UiO и MIL) гуминовой кислотой для повышения биодоступности и пролонгированного релиза фитопрепаратов Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-почвоведа, доктора биологических наук, профессора Т. А. Романовой «Актуальные проблемы почвоведения и агрохимии в природных и антропогенных ландшафтах» / Минск, 16–17 апреля 2025 г. , С. 171-175. (год публикации - 2025)

55. Поляков В., Бауэр Т., Киричков М., Бутова В., Грицай М., Минкина Т., Солдатов А., Кравченко Е. MOF‑biochar nanocomposite for sustainable remediation of contaminated soil Environmental Science and Pollution Research, Том 32, Выпуск 9, Страницы 5533 - 5550. (год публикации - 2025)
10.1007/s11356-025-36052-9

56. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Создание наноконтейнеров на основе металл-органических каркасных полимеров с модифицированной поверхностью для адресной доставки агрохимических препаратов Материалы XXXII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2025», С. 130-131. (год публикации - 2025)

57. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Синтез наноразмерных контейнеров на основе металл-органических каркасов, покрытых гуминовыми кислотами, для целей сельского хозяйства Материалы Международной научной конференции XXVIII Докучаевские молодежные чтения «Информационная емкость знаний о почве» , С. 18-19. (год публикации - 2025)

58. Грицай М.А., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Бутова В.В. Наноконтейнеры для адресной доставки фитогормонов растениям Сборник материалов XXI Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием «НАУКА ЮГА РОССИИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ» (год публикации - 2025)

59. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Грицай М.А. Наноплатформа на основе биочара и MIL-100(Fe) для доставки ауксина 2,4-Д в растения Материалы Международной научно-практической онлайн-конференции «Рациональное использование природных ресурсов в сельском хозяйстве» (год публикации - 2025)

60. Киричков М.В., Поляков В.А., Бауэр Т.В. Биоуголь-МОК нанокомпозит для ремедиации загрязненныхитяжёлыми металлами почв Материалы Международной научно-практической онлайн-конференции «Рациональное использование природных ресурсов в сельском хозяйстве» (год публикации - 2025)

61. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Бутова В.В., Грицай М.А., Минкина Т.М. Синтез нанокапсул для доставки фитогормонов в растения Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды, изменение климата, инновaционные технологии повышения плодородия деградированных почв» (год публикации - 2025)

62. Лацынник Е.С., Бауэр Т.В., Игнатова С.А., Барахов А.В. Влияние биоугля из соломы пшеницы на иммобилизацию цинка в почвах зоны воздействия топливно-энергетического комплекса Материалы Международной научной конференции XXVIII Докучаевские молодежные чтения «Информационная емкость знаний о почве» , С. 116-177 (год публикации - 2025)

63. Лацынник Е.С., Бауэр Т.В., Барахов А.В., Игнатова С.А. Влияние нанокомпозита на трансформацию меди в почвах зоны воздействия углеотвала Материалы ХХ Всероссийской научной конференции молодых ученых «Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды» (год публикации - 2025)

64. Лацынник Е.С., Бауэр Т.В., Игнатова С.А. Влияние нанокомпозита на трансформацию меди в почвах зоны воздействия угледобывающей промышленности Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2025», С. 72-73 (год публикации - 2025)

65. Бутова В.В., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Грицай М.А., Минкина Т.М., Намсараев З.Б. Synthesis of a Capsule for the Targeted Delivery of Active Compounds Based on Metal-Organic Frameworks with a Modified Surface Nanobiotechnology Reports, Том 19 (Suppl 1), С. S128 - S137. (год публикации - 2024)
10.1134/S2635167624602845

66. Федоренко А.Г., Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Черникова Н.П. Особенности внутриклеточного распределения тяжелых металлов в корнях ярового ячменя (Hordeum vulgare), выросшего на загрязненной почве Проблемы и перспективы устойчивого развития почвенного покрова горных и равнинных территорий: материалы Международной конференция, C. 144-146. (год публикации - 2024)

67. Хронюк О.Е., Бауэр Т.В., Поляков В.А., Грицай М.А. Механизм адсорбции тяжелых металлов черноземом обыкновенным в присутствии нанокомпозита на основе MIL-100(Fe) и биочара Проблемы и перспективы устойчивого развития почвенного покрова горных и равнинных территорий : материалы Международной конференции, с. 58-60. (год публикации - 2024)

68. Поляков В.А., Бауэр Т.В., Грицай М.А., Бутова В.В. Исследование процессов адсорбции/десорбции ауксинов наноконтейнерами для их адресной доставки растениям на примере модельных катионных и анионных красителей Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки: сборник трудов III Международной молодежной научной школы, С. 88-90 (год публикации - 2024)

69. Бауэр Т.В., Поляков В.А., Минкина Т.М., Хронюк О.Е., Бауэр Ю.В., Барахов А.В. Пористые материалы на основе продуктов карбонизации для ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами: синтез, применение и механизмы стабилизации Актуальная биотехнология, № 2. С. 23-27. (год публикации - 2024)

70. Федоренко А.Г., Бауэр Т.В., Черникова Н.П., Минкина Т.М. Оценка эффективности применения нанокомпозитных сорбентов и фитогормонов в ремедиации загрязненной почвы посредством световой и электронной микроскопии Материалы Международной научной конференции «Ресурсы природной и культурной флоры юга России для устойчивого экономического развития страны», посвященная 60-летию Донецкого ботанического сада (год публикации - 2025)

71. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Лацынник Е.С., Тимофеева А.Г., Мотько П.В. Оценка эффективности биочара и нанокомпозита при ремедиации техногенно загрязненных почв Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-почвоведа, доктора биологических наук, профессора Т. А. Романовой «Актуальные проблемы почвоведения и агрохимии в природных и антропогенных ландшафтах» / Минск, 16–17 апреля 2025 г. , С. 31-34. (год публикации - 2025)

72. Грицай М.А. Создание нанокомпозита на основе биочаров и металл-органических каркасов для доставки ауксина растениям Почвы – опора России: тезисы докладов IX съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева , С. 103-104 (год публикации - 2024)

73. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Лацынник Е.С. Ремедиация загрязненных Ni почв с применением сорбентов и растений-гипераккумуляторов Материалы XXXII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2025», С. 62-63. (год публикации - 2025)

74. Барахов А.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Лацынник Е.С. Эффективность применения биосорбентов и нанокомпозитов для хемофитостабилизации почв, загрязненных Mn Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий» (год публикации - 2025)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За 3-й год реализации проекта исследовано использование синтезированного нанокомпозита MIL@БЧ на основе металл-органического каркаса MIL-100(Fe) и биочара из соломы пшеницы (БЧ) для адресной доставки фитогормонов сельскохозяйственным культурам и сорбционной ремедиации загрязненных тяжелыми металлами (ТМ) почв агроландшафтов. Для повышения биодоступности и эффективности поглощения синтетического ауксина 2,4-Д растениями выполнена модификация композита гуминовой кислотой (ГК) (MIL@БЧ@ГК) и биополимером (БП) (MIL@БЧ@ГК@БП) по методикам, разработанным коллективом проекта. Сорбционная способность модифицированных композитов исследована методами UV-vis спектроскопии и SEM-EDS, выявлена корреляция между содержанием Cl в образцах и адсорбцией 2,4-Д. Максимальная сорбционная емкость (48,95 мг/г) зафиксирована у MIL@БЧ@ГК@БП благодаря гидрофобным и ионным взаимодействиям. Апробация и оценка эффективности нанокомпозитов проведена в условиях модельных вегетационных опытов с незагрязненными (Фон-1) и загрязненными (Фон-2) ТМ почвами агроландшафтов, представленными черноземом обыкновенным. Пахотный слой (0-20 см) почвы Фон-1 отобран на территории учебно-опытного хозяйства «Донское» Донского ГАУ, а Фон-2 – в окрестностях зоны аэротехногенного влияния Новочеркасской ГРЭС. На основе результатов фитотестирования с тест-культурой яровой ячмень (Hordeum sativum) установлена низкая токсичность (IV класс) почвы Фон-2, ингибирующая рост корней на 56%, энергию прорастания на 27% и всхожесть на 20% по сравнению с почвой Фон-1. Наибольшая эффективность в снижении токсичности и стимулировании роста растений на почвах Фон-2 и Фон-1 установлена при внесении 1% MIL@БЧ@ГК@АУ и 0,5% MIL@БЧ@ГК@БП@АУ. Анализ эффективности действия компонентов (БЧ, MIL-100(Fe), ГК, БП, 2,4-Д), входящих в состав нанокомпозитов, на морфометрические параметры ячменя в почве Фон 2 показал их увеличение (кроме БП). Методом РФА определено распределение продуктов разрушения композитов (Cl и Fe) в вегетативных органах ячменя. Выявлено преимущественное накопление Cl в надземной, а Fe – в подземной частях растений. Максимальное содержание Cl и Fe наблюдалось на вариантах MIL@БЧ@ГК@АУ и MIL@БЧ@ГК@БП@АУ. Внесение компонентов в виде БЧ и MIL-100(Fe) способствовало накоплению Fe в корнях и побегах, а БП и ГК - усилению транспорта в побеги. Внесение 2,4-Д привело к повышению содержания Cl в корнях и побегах, Fe - в побегах. На основе результатов фитотеста заложен модельный вегетационный опыт с незагрязненной (Контроль) и загрязненной (Фон) почвами и оптимальными видами и дозами нанокомпозитов: 0,5% и 1% MIL@БЧ@ГК и 0,1% и 0,2% MIL@БЧ@ГК@БП, а также 2,4-Д в концентрациях, эквивалентных содержащимся в 0,2 и 1% композитах. По результатам определения фракционного состава соединений ТМ, кода оценки риска (RAC) и индекса перераспределения металла (IR), выявлены особенности трансформации и стабилизации Cu, Pb, Zn и Cd в почвах модельного вегетационного опыта. В почве Фон доля биодоступных фракций (F1+F2) увеличилась до 22-47%, а стабильной фракции (F4) снизилась до 40-53% по сравнению с контролем. По значениям индекса RAC ТМ в зависимости от потенциальной опасности убывали в ряду: Cd > Zn > Pb ≥ Cu. Для индекса IR установлена обратная закономерность. Внесение композитов способствовало повышению более стабильных фракций F3 и F4, уменьшению индекса RAC и увеличению индекса IR. Большую эффективность в стабилизации ТМ показало внесение 1% MIL@БЧ@ГК. Во всех образцах почвы Фон выявлено наличие оксида Pb и Zn, а также франклинита, что подтверждает роль процессов осаждения в стабилизации ТМ при внесении нанокомпозитов. У растений варианта Фон обнаружено ингибирование роста корней и побегов, снижение концентрации хлорофилла а и b, увеличение каротиноидов относительно контроля. Максимальное стимулирование роста растений установлено при использовании 1% MIL@БЧ@ГК, при котором длина корней и параметры фотосинтетического аппарата соответствовали контрольному варианту, а высота побегов превышала его на 13%. Внесение 2,4-Д в концентрации, эквивалентной в 0,2% МIL@БЧ@ГК@БП, не оказало влияния на морфометрические параметры, а в концентрации, эквивалентной в 1% МIL@БЧ@ГК, сильнее ингибировало рост побегов и снижало исследуемые параметры фотосинтетического аппарата по сравнению с фоновыми значениями. Максимальное содержание Cl в побегах и корнях ячменя наблюдалось при внесении 0,5% MIL@БЧ@ГК. Наибольшее содержание Fe в побегах выявлено при внесении 0,1% MIL@БЧ@ГК@БП и 2,4-Д в концентрации, соответствующей содержанию в 0,2% композита. В высоких концентрациях внесения 2,4-Д отмечалось накопление Fe в корнях. Методом STEM-EDS установлено, что при внесении 1% MIL@БЧ@ГК в эпиблеме корней ячменя Cl локализовался во внутриклеточном пространстве и равномерно распределялся по всей площади клетки при внесении 2,4-Д, а Fe концентрировалось на мембранах органелл и вдоль клеточных стенок независимо от способа доставки фитогормона. Выявлено проявление адаптационных механизмов при внесении нанокомпозитов, связанных с качественными и количественными изменениями структуры ассимиляционных тканей листьев, коровых и проводящих тканей корней ячменя. На вариантах Фон и внесении 2,4-Д в концентрации, эквивалентной 1% MIL@БЧ@ГК, установлена локализация ТМ в клеточных стенках, электронно-плотном осадке, липидных каплях и основных органеллах, а также в цитоплазме клеток. При внесении 1% MIL@БЧ@ГК уровень сигнала Pb и Cd не превышал уровень шумов, тогда как сигнал от Cu и Zn слабо распределялся по всей площади среза с наибольшей интенсивностью в клеточных стенках. У ячменя варианта Фон наблюдалось снижение биомассы корней и побегов, растворимого белка и общих липидов в побегах и увеличение содержания ТМ по сравнению с контролем. Внесение нанокомпозитов привело к повышению данных параметров, за исключением ТМ, содержание которых снизилось в растениях. Среди исследуемых композитов большая эффективность выявлена у MIL@БЧ@ГК. Внесение 2,4-Д в концентрации, эквивалентной в 0,2% MIL@БЧ@ГК@БП, привело к увеличению фитомассы побегов, снижению концентрации общих липидов и растворимых белков, но не оказало значительного влияния на аккумуляцию ТМ. Концентрация фитогормона, эквивалентная 1% MIL@БЧ@ГК, привела к снижению морфометрических и биохимических параметров, а также увеличению содержания Cd и Zn, особенно в корнях. Поданы заявки в НИЦ «Курчатовский институт» и Фонд «Сколково» для получения доступа к передовому оборудованию, по результатам которых проведены исследования структуры композитов, их распределения в растениях и воздействия на корневую систему методами SEM-EDS и нейтронной томографии. За отчетный период опубликовано 35 научных работ (3 Scopus, 2 Q1), представлено 29 докладов на конференциях, размещено 10 новостей в СМИ и 1 Дайджесте новостей РНФ выпуска № 29 (22 стр) в разделе «Открытия», где освещаются лучшие результаты грантополучателей (https://search.app/gUMrGeFDx5r8iF82A).

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта обладают высоким потенциалом практического применения в экономике и социальной сфере. Разработанный композитный сорбент на основе металл-органического каркаса MIL-100(Fe) и биочара из соломы пшеницы, сочетающий способность к одновременной ремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв и адресной доставке фитогормонов (препаратов группы ауксинов) растениям, представляет собой инновационное решение для устойчивого сельского хозяйства в аспекте развития и применения зеленых технологий. Его внедрение в аграрное производство позволит снизить экологическую нагрузку на антропогенно нарушенные экосистемы, увеличить продуктивность почв агроценозов и качество сельскохозяйственной продукции. Это будет способствовать снижению экономических потерь от деградации почв, оптимизации применения агрохимических препаратов, а также формированию научных и технологических заделов в области экологически ориентированных агротехнологий. Применение сорбента может обеспечить развитие новых рынков экологически чистой продукции, способствовать импортозамещению в сфере агрохимии, повысить конкурентоспособность отечественных производителей сорбентов. В социальной сфере проект напрямую способствует обеспечению продовольственной безопасности и качества жизни населения, особенно в регионах с засушливым климатом или высоким уровнем загрязнения почв, а также стимулирует создание новых рабочих мест и развитие кадрового потенциала в области зеленых технологий, агроэкологии и устойчивого природопользования.