На благодатной почве: ученые ЮФУ создают технологии оздоровления почв

Фото: Фото: Центр общественных коммуникаций ЮФУ

Заведующий кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и биотехнологии Южного федерального университета Татьяна Минкина — о здоровье почв, разработке биоудобрений и применении синхротронных технологий в почвоведении.

— Татьяна Михайловна, по вашей оценке, сегодня в Российской Федерации порядка 13 млн га площадей почв загрязнены. Какие исследования для решения этой проблемы ведутся в ЮФУ?

— Химическое загрязнение почвы затрагивает все звенья пищевой цепи, воздействуя на всю экосистему и на человека. Это глобальный вызов, на который мы, ученые, должны ответить. В рамках стратегического проекта «Системы управления почвенными ресурсами» программы развития ЮФУ «Приоритет-2030», направленного на развитие инженерии почв и разработку экологичных технологий использования почвенных ресурсов, наш научный коллектив разрабатывает способы мониторинга, диагностики, которые позволяют нам выявить это невидимое загрязнение. Важным аспектом нашей работы являются вопросы, касающиеся улучшения здоровья загрязненных почв. Мы уже разработали и апробируем в полевых условиях новые углеродистые материалы для улучшения плодородия почв. Основой для них являются отходы растениеводства. Путем сопиролиза массы растительных отходов и осадков сточных вод мы получаем новые уникальные сорбенты с высокой добавленной стоимостью.

Также мы внедряем новые нанокомпозиты — металлоорганические каркасные структуры, которые разрабатывают и физики во главе с научным руководителем направления «Науки о материалах» ЮФУ Александром Солдатовым. В качестве подложки мы используем углеродистые материалы и допируем их металлорганическими координационными полимерами. Внедряя эти дорогие материалы в нашу дешевую подложку, мы добиваемся рекордных показателей удельной поверхности и полученных нанокомпозитов. Такие накокомпозиты являются более дорогостоящимие, мы предлагаем их использовать на сильно загрязненных почвах.

— Какова перспектива вывода на рынок этих сорбентов? Рассматриваете ли вы такую возможность?

— Потребность в таких технологиях очень большая — к нам обращаются различные компании. В настоящее время мы вводим в оборот полупромышленную линию по производству сорбентов и биоудобрений. Это линия имеет не только пиролизные печи, но и сушки, дробилки для того, чтобы из любых органических отходов получать новые материалы.

— Мы живем в эпоху урбанизации, и наши города активно развиваются. Как мегаполисы влияют на здоровье почв?

— Ответ на этот вопрос искал научный коллектив лаборатории городской экологии и климата географического факультета МГУ в рамках мегагранта «Мегаполис как остров загрязнения и тепла», в который я была приглашена как ведущий ученый. В крупных городах всегда есть разница между температурой центра города и прилегающих территорий. Также существует большая разница в антропогенной нагрузке. То есть создается особый микроклимат с большой нагрузкой на экосистему в целом и на почву в частности.

В рамках мегагранта объектом изучения стала Москва с населением более 13 млн человек. Это исследование затрагивает разные объекты экосистемы, не только почву, но и атмосферу, поверхностные воды и даже городскую пыль. Мы изучали нано- и микрочастицы, которые являются носителями загрязняющих веществ.

Впервые была разработана новая интегральная технология оценки массопереноса этих частиц, выявления их источников. Мы разработали такой комплексный метод, который включает в себя все подходы и методы из разных наук. Также ценно, что были тщательно изучены высокодисперсные частицы, которые являются носителями всех этих свойств. Те методы и технологии, которые разработаны на базе города-мегаполиса Москвы, мы смогли перенести и на другие города, в частности на промышленный город Таганрог.

— С 2022 года вы также участвуете в мегагранте «Биореставрация загрязненных почвенных экосистем» под руководством профессора Гонконгского образовательного университета Вонг Минг Хунга. В чем состоит цель этого проекта?

— Профессор Вонг Минг Хунг — это исследователь, который входит в шестерку наиболее известных ученых мира в области охраны окружающей среды. Это большая гордость для нас, что мы работаем с таким ученым. В рамках нашего мегагранта мы разрабатываем технологии восстановления почв. Мы получаем высокопористые материалы, которые имеют модульную структуру, то есть они могут быть изменены и адаптированы под разные условия и поллютанты [прим. ред. — загрязняющие вещества].

Еще один проект в данном направлении мы реализуем в рамках партнерства БРИКС совместно с китайскими и индийскими коллегами. Ведется разработка технологии переработки и утилизации пищевых отходов крупных мегаполисов и создания на их основе биоудобрений, которые можно использовать в сельском хозяйстве.

— В ЮФУ реализуется проект по применению синхротронных технологий для диагностики загрязнения почв. В чем преимущество такой технологии?

— Мы уже много лет работаем на установках MegaScience в Курчатовском центре синхротронных исследований. На базе двух станций — структурного материаловедения и БЕЛОК-РСА — нами впервые в России осуществлены исследования состояния почв и растений, загрязненных тяжелыми металлами.

Мы изучили механизм проникновение макро- и наночастиц в растения из почвы. Нами впервые в мире осуществлен сопряженный подход с применением химического фракционирование тяжелых металлов в комплексе с синхротронной рентгеновской спектроскопией.

Исследования на базе синхротронных установок мега-класса позволяют нам создать не имеющий аналогов в мире банк данных спектров тяжелых металлов в почвах. Каждый металл имеет свой спектр, и каждое его соединение тоже. Мы используем так называемый метод отпечатка пальцев. Создавая такую подробную базу спектров, мы можем в дальнейшем легко расшифровывать те спектры, которые получаем на таких установках.

— В 2023 году в ЮФУ разработали метагеномную карту почв Ростовской области. Каково практическое применение этой карты?

— Такие исследования мы стали осуществлять сравнительно недавно. С внедрением в микробиологическую практику молекулярно-генетических методов, ученым стало понятно, что применяемые до этого культуральные методы, то есть на средах [прим. ред.: бактериологический метод исследования — метод, основанный на выделении чистых культур бактерий с помощью культивирования на питательных средах], дают изучить лишь 3–5% от всего микробного разнообразия в почве.

Поэтому применение метагеномных методов дает возможность понять не только все разнообразие почвенного покрова, но и всего живого, что есть в почве. Мы можем ответить на вопрос, в чем же уникальность наших черноземов, их высокая продуктивность. Исследование микробиома позволяет не только диагностировать состояние почвы, но и разрабатывать соответствующие биопрепараты, которые дадут более высокий эффект по оздоровлению почвы.

Метагеномная карта — это интерактивная динамическая база данных, которая позволяет нам визуализировать ту биоту [прим. ред. — совокупность видов живых организмов, объединенных общей областью обитания], которая есть в почве, и одновременно анализировать все основные свойства, которые нас интересуют.

— Возможна ли разработка такой карты для других регионов России?

— Конечно. Нам уже прислали почвенные пробы из Воронежской области. Есть задача по изучению почв Курской и Тюменской областей. Мы ведем совместные исследования с коллегами-микробиологами. Эту работу мы выполняем совместно с Институтом биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН. Также сейчас активно сотрудничаем с Курчатовским геномным центром. В настоящее время мы анализируем с ними все основные импактные зоны в Ростовской области, Донецкой народной республике, изучаем их метагеном.

— Вы входите в топ 1-2% самых цитируемых ученых мира. Какие преимущества вам дает такой статус и как способствует вашей научной деятельности?

— Цитируемость позволяет оценить научные достижения не только мои собственные, но и всей моей научной группы. Потому что я абсолютно убеждена, что добиться успеха в науке можно только коллективными усилиями.

У нас очень большая научная группа, причем более 75% в ней — это молодежь. Я горжусь нашей молодежью: она очень амбициозна, можно даже сказать, дерзкая, но она действительно очень работоспособна, имеет большие перспективы. И то, что у нас такое количество отличной молодежи, дает понимание, что у нас есть будущее.

Беседовала Анастасия Назарова