Но со знанием, каким путем прийти к продовольственной независимости
Про Красные книги редких и исчезающих видов птиц, животных и растений вы наверняка знаете. А вот Красную книгу почв большинство не листало. Мне довелось увидеть ее в электронном виде, когда познакомилась с коллективом Южного федерального университета, который в рамках программы «Приоритет-2030» реализует проект «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология». Цель работы — создание прорывных технологий для сохранения и повышения потенциала почв Юга России во имя продовольственной безопасности страны.
Скажете, слишком длинен путь от земли до продуктов на нашем столе? Согласна. Тем не менее 96-97% нашей еды родились благодаря почвенному покрову планеты. Как утверждает профессор Татьяна Минкина, руководитель Центра компетенций «Управление земельными ресурсами» в ЮФУ, только 3-4% будущих продуктов питания производятся в воде, остальное вырастает на почве, она — главный жизненный ресурс Земли. Потому в ЮФУ, опираясь на знания своих специалистов, работают над Красной книгой почв Ростовской области. Готовят ее четверо авторов, среди которых — председатель Ростовского отделения Общества почвоведов им. В.В.Докучаева и руководитель Рабочей группы по изучению черноземов доктор биологических наук, профессор кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ Ольга Безуглова, доктор биологических наук заведующий лабораторией биогеохимии профессор кафедры ботаники ЮФУ Сергей Горбов, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН, ученый секретарь Научного совета по почвоведению РАН, кандидат биологических наук Ольга Чернова, доцент кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ, специалист по ГИС-технологиям и цифровой картографии кандидат биологических наук Юрий Литвинов.
— Чего ради взялись за этот труд? — спрашиваю, едва познакомившись с профессором Безугловой.
— Ради людей, ради понимания ими, каким богатством владеем, — отвечает Ольга Степановна. — 65% почв в Ростовской области — черноземы. В этом году здесь получен урожай 44,4 центнера зерна с гектара. В России это впервые. Есть отдельные хозяйства, где получали и раньше, и в этом году более высокую урожайность, но чтобы область на круг, да еще на своих семенах получила столько товарной пшеницы 3-4 класса, — это рекорд. 80% урожая — товарное зерно, из которого делают хлеб. А его едят все. Второй год Ростовская область держит первенство по производству зерна. Так вот, чтобы никогда не было хуже, мы и взялись составить Красную книгу почв нашей области. У нас тут не только самое большое количество черноземов, но и самое большое разнообразие типов почв — из-за очень контрастных климатических условий. Да и распаханы они сильно больше, чем в любом другом регионе. Чтобы не утратить все эти почвы, оставить их эталоны потомкам, и писалась эта Красная книга. Ведь такие труды создают не для развлечения любопытствующих — это документ, в котором сконцентрированы сведения о современном состоянии изучаемых объектов, даны научно-обоснованные стандарты и рекомендации по их охране, воспроизведению и рациональному использованию. Нашей Красной книге предшествовали десятки экспедиций, годы исследований. Кстати, и наш проект, вошедший в программу «Приоритет-2030», базируется на такой же практической основе. Его цель не триумф фундаментальной науки, а реализация проектов в интересах индустриальных партнеров. Поэтому самое важное — внедрить в практику написанное в Красной книге почв.
— Вы занимаетесь только сельскохозяйственными землями? — пытаюсь понять размах исследований по программе «Приоритет-2030».
— Нет, гораздо шире, — отвечает Светлана Сушкова, доктор биологических наук, ведущая проект «Интеллектуальные агроэкосистемы». Например, мы занялись проблемами урбопочв. Мы выясняем, какие основные органические поллютанты нам грозят в городах и поселках и почему. Скажем, подробно обследовали почвы Новочеркасска — города с богатой промышленной историей. Провели там массу исследований, настоящих экологических и почвенно-геоботанических экспедиций. Выезжали и на терриконы (у нас зона угольного бассейна), которые из-за разрастания городов уже стоят почти среди жилых кварталов. А ветра здесь частые и сильные, все разносится, всем дышат люди, все оседает на улицы, смывается в почву… Так вот мы занялись выяснением уровня загрязнений урбопочв, их происхождением и возможностью очистки территорий.
— Впервые в России мы стали изучать эти почвы с поллютантами на молекулярном уровне с использованием рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов, базирующихся на синхротронном излучении в НИЦ «Курчатовский институт, — дополняет рассказ коллеги Татьяна Минкина. — Получаем уникальную информацию о том, как тяжелые металлы могут взаимодействовать с почвенными компонентами, как они входят и закрепляются в структуре минералов, какие при этом образуются соединения. Химическими методами такие сведения не получить. А они нужны и для изучения механизма загрязнения почв, и для разработки методов их восстановления. Наша сила — в междисциплинарности. В Академии биологии и биотехнологии им. Д.И.Ивановского ЮФУ взаимодействуют ученые многих направлений: химики, физики, генетики, микробиологи, геохимики, математики. Используя их новейшие методы исследований, мы глубже, а то и по-новому видим, узнаем наш основной объект — почву.
— Вот Светлана Николаевна Сушкова с коллегами делает метагеномную интерактивную карту почв Юга России в цифровом формате, — продолжает Татьяна Михайловна. — Начали мы ее создавать с внесения в базу сведений о почвах особо охраняемых объектов, которые не нарушены. Их мало в области — 46. Сейчас заносим информацию о техногенно-нарушенных почвах. В свое время мы создали свой кафедральный дата-центр, в котором собрали всю архивную информацию по состоянию почв Ростовской области, и дополнять ее теперь удается оперативно. Мы уже оцифровали данные о 850 с лишним хозяйствах, а это более 80% Ростовской области. Кстати, делаем это совместно с ФГБУ ГЦАС «Ростовский». В дата-центре собираются все данные по почвам, что позволяет любой объект оценить разносторонне. И на этой базе мы с нашими генетиками, микробиологами из РАН (Институт микробиологии им. Г.К.Скрябина РАН) на основе данных метагенома (комплекса бактерий и штаммов, которые адаптированы к конкретным условиям нашей природно-климатической зоны) разрабатываем биопрепараты для восстановления почв с помощью биосорбентов и биоудобрений.
— А какова у них основа?
— Отходы растительного, животного и жилищно-коммунального происхождения. Мы из них получаем высокоуглеродистые сорбенты — biochar. Их называют «черное золото», потому что это сорбенты с высокой добавленной стоимостью. Они получены из многотоннажных отходов мегаполисов, крупных животноводческих и птицеводческих ферм, отходов растениеводства. А мы понимаем, что, если их правильно переработать, можно получить вещества, способные восстановить структуру почв и их влагоемкость. Для нашей области это важно. То есть наша задача — разработать сорбенты, способные уменьшить токсическую нагрузку на почву, снижая как содержание поллютантов в почве, так и их доступность живым организмам. И мы создаем технологии производства этих сорбентов, модифицируя их химическими и биологическими способами. Увеличивая удельную поверхность сорбентов, внедряя в углеродистую структуру металлорганические каркасные полимеры (самый высокопористый материал сегодня), мы получаем сорбенты с удельной поверхностью более 2000 метров квадратных на грамм сорбента. Сейчас мы работаем над синтезом нанокапсул — биопрепаратов для доставки питательных веществ пролонгированного действия — в корневую зону растения из почвы.
— По сути, это биоудобрения?
— Да, обогащая углеродистые соединения основными элементами питания, например, фосфатомобилизирующими, мы предлагаем аграриям новые биоудобрения. Ведь в почвах нашей области фосфор есть, но из-за обилия карбонатов, связывающих его с кальцием, он не усваивается растениями.
— Причем здесь не спрос рождает предложение, а наука формирует спрос на определенные объекты, — дополняет коллегу Светлана Сушкова. — Университет сам коммерциализировать такие проекты не может, но мы активно рассказываем о своих наработках в научных журналах, на конференциях, и с нами выходят на связь промышленные предприятия, которые могли бы помочь с внедрением наших наработок. Заказчик хочет покупать и продукцию, и технологии. У каждого из них своя потребность, но цель — биосорбент, который обезвредит отходы и улучшит экологию. С каждым месяцем у нас все больше коллабораторов, они осваивают технологии, вплоть до полупромышленных масштабов выпуска этих биопрепаратов.
А сейчас работаем над совместным пиролизом осадков сточных вод и растительных отходов — это технология, которую создаем с участием ведущего ученого Минг Хунг Вонга, руководителя нашей лаборатории «Здоровье почв». Он — советник Педагогического университета Гонконга, всемирно известный исследователь. Прочли про предложенную им технологию очищения водных систем и пробуем ее для рекультивации почв.
То, что в ЮФУ дружны с зарубежными коллегами, я убедилась, пройдясь по их лабораториям. Там в командах с ростовчанами работали люди явно не из российских пределов. Как мне рассказали, еще лет 7-9 назад Татьяна Михайловна начала привлекать к исследованиям кафедры зарубежных специалистов. Сегодня только официально трудятся человек 8 из Индии, Ирана, Египта. Молодые, защищенные, прошедшие на конкурсной основе стажировку в исследовательских лабораториях мирового уровня, привыкшие публиковаться в журналах, с высоким Хирш-индексом. И что их, людей с разной специализацией, тянет в Ростов-на-Дону? Возможность заняться наукой на острие актуальной тематики. Основа у нее всегда фундаментальная, но направлена она на реальные нужды людей: очистку почв, восстановление ресурсов. Уже то, что один из крупных проектов в ЮФУ возглавляет биотехнолог, биохимик Четан Кесвани (Индия), который руководит здесь лабораторией агробиотехнологий, говорит иностранным ученым о многом. Пусть их страны не богаты черноземами, но они ведь возвращаются к себе обогащенные знаниями по сохранению плодородия почв, опытом применения для этого новейших методик и оборудования. А такая наука нужна всем, особенно многонаселенным странам. Привлекает их еще и то, что и в академии, и на кафедре прекрасное сочетание зрелости и молодости: 4 профессора и 4 кандидата наук; средний возраст — меньше 50. Но главное — тяга браться за освоение нового.
Вдумайтесь, сотрудники кафедры изучают ДНК ростовских черноземов, провели геномное секвенирование почв. И сейчас располагают сведениями, как они образовались, какие стандарты их здоровья надо поддерживать, какие риски в связи с разными факторами воздействия грозят аграриям и как их избежать. Мне удалось поговорить с кандидатом биологических наук руководителем молодежной лаборатории «Молекулярная биотехнология растений» Василием Чохели:
— По названию лаборатории вы слышите, что мы занимаемся генетикой и биотехнологией растений в рамках этой огромной задачи по приоритетам. И биобезопасность — всему основа. Не зря в России создается Национальный каталог особо ценных образцов генетических ресурсов растений, в который соберут уже существующие коллекции семян и образцов флоры, сформированные в научных и образовательных учреждениях страны. Плюс он будет пополняться за счет образцов, добытых в ходе исследовательских экспедиций. Да еще требуется обеспечить закладку в генетический банк и гарантированно сохранить по современным передовым методикам каждый образец. В рамках этой работы усилия генетиков могут очень пригодиться.
Мы сейчас разрабатываем карты для хранения ДНК растений. Бумажные носители, которые не надо держать в холодильнике, потому что это — расход энергии, специальное морозильное оборудование, риски оттаивания и порчи материала. Сейчас весь мир переходит на так называемые FTA-карты — бумажные, на них наносится биоматериал (кровь), и при комнатной температуре на карте консервируется ДНК и хранится десятки лет. Мы сейчас аналогичные разрабатываем для хранения ДНК растений. Проблема в том, что растения слишком богаты фенолами, метаболитами, чтобы их было легко анализировать. Поэтому мы сейчас создаем раствор, который позволит законсервировать ДНК и РНК растений надолго. Он как бы перемешается с клетками флоры и заставит их сохраниться. Мы планируем начать с краснокнижных растений, потом…
— А потом вы сделаете ненужным «Хранилище Судного дня», тем более, говорят, над ним нависла опасность растаять.
— Возможно, метогеномную базу растений области будет удобно хранить при комнатной температуре на полках просто в обычной комнате. Сейчас вышли постановления о запрете сбора краснокнижных растений, но закон законом, а на практике его применить сложно. Когда мы соберем коллекцию полностью, мы начнем потихоньку ее декодировать (изучать), чтобы по фрагменту листа (по его ДНК) можно было сказать, что это за растение. Для ботаников, делающих описание любой флоры, нужны все его части — корень, стебель, лист, цветок, по тычинке не справишься с диагностикой, а имея наши данные, это будет реально. Другое дело, что сделать это трудно. Согласно постановлению правительства, база данных должна содержать сведения не менее чем о 2,5 тысячах образцов. У нас более 200 есть в Красной книге растений области, если поставить на поток, то за несколько лет справимся с ними и пойдем дальше. Но обновление Красной книги должно происходить минимум раз в 10 лет. Мониторинг идет, коллеги выезжают в поле, отслеживают, в сторону восстановления или исчезновения движется популяция. Работая вместе с ними, мы прямо на месте можем пополнять, корректировать нашу метагеномную базу.
И вторая наша работа — создание питательных сред для растений, ингибиторов. Тогда можно получить ускоренную селекцию. Обычно селекционерам требуется 10-12 лет для вывода нового сорта, но при помощи культуры тканей, современных биотехнологий с этим можно справиться вдвое быстрее. Причем мы с коллегами пытаемся создать универсальную питательную среду, может, не для всех, но для большого количества растений. Причем в основу, похоже, надо брать не богатые плодородные почвы, а какие-то средние, которые можно обогатить макро- и микроэлементами, органическими веществами, гуминовыми кислотами. Зная стандарты необходимых почв, мы понимаем, что надо делать. Четко представляем, что и в каком количестве добавить, чтобы не переборщить. Так вот у нас инициация растений на разработанных нами черноземных средах с добавками быстрее проходит, чем на стандартных плодородных.
— Выходит, с растениями, как со студентами: им чего-то немного должно не хватать, чтобы они росли и цвели?
— Похоже, так, только не надо обобщений. Наука не любит делать их раньше времени. Впереди еще много работы по проектам «Приоритет-2030», но мы уверены: результат пойдет на пользу людям и нашей стране. Доведем дело до завершения и сможем в любой регион передать и адаптировать для их почв наши знания.
Елизавета ПОНАРИНА
Нет комментариев