Чудес не бывает, но мы попробуем

Марина Слуковская, старший научный сотрудник Лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики КНЦ РАН, кандидат биологических наук и победитель конкурса грантов РНФ — о том, как идет работа над проектом.

Техногенные пустоши рядом с Мончегорском ученые Кольского научного центра исследуют более тридцати лет. Сотрудники ИХТРЭМС, ПАБСИ, ИППЭС и ГоИ КНЦ РАН занимаются вопросами рекультивации поврежденных территорий, а также разработками технологии утилизации горнопромышленных отходов в природоохранных целях. На основе этих самых отходов десять лет назад были созданы первые экспериментальные площадки озеленения на техногенной пустоши. На них и начинала свою работу Марина Слуковская, сначала студентка, потом аспирантка, а теперь — старший научный сотрудник и кандидат биологических наук.

В 2016 году Марина Слуковская получила грант Российского фонда фундаментальных исследований, который дал возможность разностороннего изучения процессов, происходящих в сформированных ранее на пустоши растительных сообществах.

— Работа по гранту РФФИ была, в первую очередь, направлена на изучение нейтрализации выпадающих и находящихся в почве пустоши соединений тяжелых металлов с помощью слоя из различных горнопромышленных отходов с высеянной на них травой, — рассказывает Марина. — Проще говоря, мы берем материалы с преобладанием в их составе серпентинов, поскольку они обладают сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, и создаем насыпной слой, который и служит основой для высаживания растений в той местности, где техногенные выбросы продолжаются и сама почва в целом токсична для растений и микроорганизмов.

Грант РНФ, который я выиграла в 2019 году, позволил продолжить работу на экспериментальных участках пустоши тогда, когда их возраст стал приближаться к десяти годам, чтобы понять, какие именно процессы первичного почвообразования происходят на материалах, имеющих в основе отходы горной промышленности и вспученный вермикулит, и где исходно практически не было никакой органики и микробного сообщества.

Пилотные эксперименты в районе Мончегорска были начаты еще в 2010 году, как в полутора километрах от комбината, так и практически возле проходной. В первых экспериментах использовали рулонные газоны на вермикулите, но растительность гибла, поскольку почва была для них слишком токсичной. А через два года, когда придумали наносить на почву горнопромышленные отходы, растения высадили на барьерном слое из отходов, и дело сдвинулось.

— Помимо площадок со злаковыми травами, у нас на пустоши есть еще и клумба с декоративными растениями — они тоже посажены на горнопромышленных отходах, без использования почвы. Главная особенность наших озеленительных работ в том, что мы вообще не используем почву и даже торф — семена высеваем на слой вспученного вермикулита, нанесенный поверх минеральных субстратов: получается такой вот «слоеный пирог». Периодически вносим минеральное удобрение, потому что «своего» азота в минеральных субстратах маловато. За счет высокого ежегодного опада — отмершей травы — происходит образование органического вещества, так что мы наблюдаем за естественными процессами и описываем их. Сейчас здесь уже появилась почти настоящая почва, в ней мы фиксируем около полутора процентов органического углерода (для сравнения, в черноземе его порядка 10 процентов).

В сущности, в этом проекте мы подходим к изучению растительных сообществ, которые сами сформировали десять лет назад, с точки зрения экстремального почвоведения, — это новое и интересное направление со своими методическими подходами. Ученые, работающие в этой области, изучают развитие первичных почв на минеральных субстратах в очень сложных климатических условиях — в Арктике, Антарктиде, на высокогорных ледниках и даже в материале с других планет, а кроме того — на стыках тротуарных плиток в городах и других интересных и порой очень необычных объектах.

Наши экспериментальные участки на пустоши являются отличными объектами для изучения с точки зрения экстремального почвоведения — с одной стороны, они расположены на Крайнем Севере, где в принципе все биохимические процессы замедлены, а вдобавок имеют еще и дикую антропогенную нагрузку. Мы знаем все исходные условия, все «вводные» процесса почвообразования — когда, как и на чем создавали растительный покров. Мы имеем возможность наблюдать за опытным участком в течение уже десятка лет, регулярно следить за динамикой всех процессов на участках. В современном мире ученым часто приходится менять объекты исследования, города и даже страны, поэтому то, что мы можем подробно мониторить природные процессы так долго — это большой плюс для нашего исследования.

Марина говорит, что получить грант РНФ ей очень помогло сотрудничество с коллегами — почвоведами из РУДН, Института географии РАН и Научного центра в Пущино, с которыми сегодня она ведет два совместных проекта:

— Изначала мы смотрели на наши площадки главным образом с точки зрения химии и поведения тяжелых металлов в отходах и растениях. Но после общения с коллегами поняла, что очень интересно также было бы поизучать в сформированных экосистемах микробные сообщества, гуминовые кислоты, процессы первичного почвообразования. Так, проведя первые совместные исследования, мы написали статью, после выхода которой я и решила подать заявку на грант РНФ.

Московские коллеги предложили заняться изучением «дыхания почв», или эмиссии СО2 почвой, которая является хорошим индикатором состояния растений и микроорганизмов. И вот уже два года мы по нескольку раз за лето приезжаем на пустошь с газоанализатором и измеряем этот показатель. Смотрим и фотосинтез растений — в общем, нам интересно со всех сторон изучить, как функционируют экосистемы, искусственно созданные на исходно токсичной почве.

Параллельно изучаем и тяжелые металлы, попадающие на площадки из воздуха, их содержание в разных геохимических фракциях, — это позволяет понять, как именно они закрепляются в отходах и растениях. А еще благодаря сотрудничеству с коллегами из Пущино, нами было обнаружено образование кристаллов пирита прямо внутри корней растений. Это довольно интересный факт, который обычно описывают для ископаемых растительных остатков, но редко фиксируют в современных природных условиях.

Грант РНФ финансово обеспечивает работу над проектом и позволяет ученым тратить деньги, в том числе, на закупку специального оборудования и расходных материалов, оплату труда персонала, включая вспомогательный, аналитические работы и поездки на конференции. В работе Марине Слуковской помогает второй участник проекта — Андрей Новиков, сотрудник ИХТРЭМСа. Вместе они делают замеры и отборы проб на пустоши:

— Андрей, вообще-то, — химик-аналитик, но благодаря проекту успел не только проанализировать сотню проб с пустоши, но и попробовать себя в совершенно разных амплуа: и вкапывал в почву пластиковые канализационные трубы (они нужны нам для измерений эмиссии СО2), и сидел на пустоши с газоанализатором до 12 ночи при +7 градусах, и отгонял от приборов бродячих собак, и проводил для проходящих мимо рабочих комбината краткий ликбез о наших исследованиях. Мы даже термодатчики вкапывали, которые каждые три часа измеряют температуру и влажность почвы: сегодня я построила графики, данные получились очень интересными! — рассказывает Марина. — В мае у нас будет отчет по гранту с представлением результатов, но замеры мы будем продолжать. В этих работах при планировании полевых выездов приходится ориентироваться на погоду, поскольку часть исследований нельзя делать в дождь, поэтому в это лето, если было нужно, мы ездили на пустошь и по выходным. Вообще, мы смеемся, что для нас теперь съездить до Мончегорска — как за хлебушком сходить!

Основным результатом работы станут специализированные статьи: летом вышли две из них — по первичному почвообразованию в журнале «Journal of Soils and Sediments» и по особенностям аналитической работы с загрязненными торфяными почвами — в журнале «Toxics».

— Работ по рекультивации земель много, но вот с таким подходом, как в нашем проекте, их почти нет. У нас получается некий сплав наук — почвоведение, физиология растений, химия, микробиология. Я очень счастлива, что здесь у нас, в Кольском научном центре, работают замечательные и отзывчивые специалисты, у которых всегда есть новые идеи для исследований, к ним не страшно прийти спросить совета, попросить о помощи, и даже выслушать критику (а это ведь тоже очень важно!).
Мы фиксируем и изучаем накопление как органического вещества, так и тяжелых металлов в почве при высокой техногенной нагрузке и в сложных климатических условиях. Эти обстоятельства не пугают нас, мы просто считаем, что, если хоть как-то можно улучшить ситуацию — надо работать.

Поделитесь:

VK