Учёные РУДН изучат микробиом арктических городов для создания устойчивой зелёной инфраструктуры при поддержке гранта РНФ

Команда учёных

Руководит проектом Мария Владимировна Корнейкова — кандидат биологических наук.

Стратегический приоритет и экологический вызов

Освоение и развитие Арктики — важное направление для нашей страны, закреплённое в Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации до 2035 года. А главное условие устойчивого развития арктических городов — формирование экологически безопасной и комфортной среды проживания населения при сохранении уязвимых естественных экосистем.

Особую роль в этом процессе играет развитие городской зелёной инфраструктуры (ЗИ), обеспечивающей баланс между урбанизацией и природной средой. Это особенно актуально в условиях многолетней мерзлоты, дефицита питательных веществ, переувлажнения почв и высокой антропогенной нагрузки.

«Уникальность зелёной инфраструктуры арктических городов заключается в сочетании суровых климатических условий и высокой антропогенной нагрузки при отсутствии единой системы планирования и управления зелёным фондом. При этом со стороны жителей существует высокий запрос на качественное озеленение», — говорит Мария Корнейкова, руководитель проекта.

Почему микробы так важны для арктических городов?

Устойчивость озеленённых территорий во многом определяется состоянием почв и взаимодействием микробных и растительных сообществ. Важный показатель почвенного здоровья — функциональная структура микробных сообществ. При этом не только доминирующие, но и редкие таксоны микроорганизмов могут играть ключевую роль в обеспечении экосистемных функций.

Однако при создании почвенных конструкций для городского озеленения основное внимание традиционно уделяется физико-химическим свойствам, тогда как микробиологические аспекты остаются недостаточно изученными. Состояние почвенного микробиома напрямую связано с качеством среды обитания и потенциально влияет на здоровье населения.

«Проект направлен на комплексное исследование микробиома почв объектов зелёной инфраструктуры арктических городов с оценкой влияния химических, биологических и климатических факторов на разнообразие и функции микроорганизмов, а также анализ взаимодействия почвенного микробиома с сопряжёнными средами — воздухом и филлопланой — для прогнозирования возможных рисков для здоровья населения», — пояснила Мария Корнейкова.

Три блока исследований

Исследования организованы в трёх взаимосвязанных направлениях:

• Полевые исследования в городах азиатской части Арктической зоны РФ — для расширения географии наблюдений в зоне многолетней мерзлоты. Исследования пройдут в городах Норильск и Певек, которые близки по природно-литологическим условиям но контрастны по размеру, численности населения и уровню антропогенной нагрузки. Учёные изучат таксономическое и функциональное разнообразие микробных сообществ естественных, антропогенно-изменённых и искусственных почв объектов зелёной инфраструктуры с использованием молекулярно-генетических методов, включая количественную ПЦР, метагеномный и метатранскриптомный анализы.
• Полевые и лабораторные эксперименты по изучению функционирования и ранней динамики микробных сообществ в почвенных конструкциях для городского озеленения. Будут разработаны технологии создания почвенных конструкций разного состава для задач озеленения в районах с многолетней мерзлотой и тяжёлым гранулометрическим составом. На почвенном стационаре в городе Апатиты продолжится мониторинг динамики микробных параметров и момента перехода систем в устойчивое состояние. 
• Анализ взаимосвязи между микробиологическими свойствами почв и качеством воздуха в промышленных городах Арктики. Отдельное внимание будет уделено анализу микробиома пылевых частиц PM10 и PM2.5 и механизмам их переноса в системе «воздух — растительность — почва» в городах с высокой антропогенной нагрузкой (Норильск и Мончегорск).

Что уже сделано и что предстоит?

За период реализации предыдущего проекта (2023–2025) учёные уже получили важные результаты. Было показано, что урбанизация оказывает сильное влияние на морфологические и химические свойства почв арктических городов, но не разрушает почвенные микробные сообщества. Микроорганизмы продолжают развиваться и выполнять свои экологические функции, хотя в естественных органогенных и органоминеральных горизонтах это происходит эффективнее, чем в техногенных почвах.

Установлено, что засоление и повышение температуры существенно влияют на состояние микробиома: предложены безопасные дозы противогололёдных средств и выявлены риски развития условно-патогенных микроорганизмов при потеплении. В полевых условиях определены наиболее устойчивые почвенные смеси для озеленения северных городов. Теперь эти подходы необходимо протестировать в новых арктических регионах, расширить наблюдения на города в зоне многолетней мерзлоты и связать состояние почвенного микробиома с качеством воздуха и рисками для здоровья населения. На решение этих вопросов и направлен новый этап проекта.

Ожидаемые результаты

В ходе реализации проекта будут созданы: 

• базы данных морфологических, химических и микробиологических свойств почв Норильска и Певека с анализом степени их нарушенности; 
• база данных динамики микробных параметров почвенных конструкций на стационаре в Апатитах (2024–2027); 
• база данных химических и микробиологических показателей почвенных конструкций разного состава; 
• база данных таксономического разнообразия микроорганизмов воздуха и филлопланы растений в Норильске и Мончегорске; 
• оценка риска для здоровья человека от запыления и загрязнения почвы.

На основе полученных данных учёные разработают: 

• индикаторы качества городских почв — диапазоны допустимых значений и целевые показатели; 
• рекомендации по устройству функциональных почвенных конструкций для объектов зелёной инфраструктуры, включая перечень субстратов, инструкции по устройству и мероприятиям по уходу; 
• рекомендации по проектированию и управлению объектами зелёной инфраструктуры, нацеленные на улучшение качества воздуха и осаждение пылевых частиц кронами зелёных насаждений.

Партнёры проекта

Исследования проводятся в сотрудничестве с ведущими научными организациями: 

• ФИЦ Кольский НЦ РАН (Апатиты) — совместные исследования по ботанике и микробиологии, мониторинговые наблюдения на почвенном стационаре (сотрудничество с 2020 года); 
• Институт географии РАН (Москва) — исследования по почвоведению (сотрудничество с 2020 года); 
• Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) — исследования по микробиологии (сотрудничество с 2020 года).

Практическое применение

Результаты проекта будут востребованы в задачах городского планирования, озеленения и благоустройства, особенно в сложных почвенно-экологических условиях — при наличии многолетней мерзлоты. Они также позволят прогнозировать риски деградации почв и растительности озеленённых территорий при повышенных антропогенных нагрузках в арктических городах.

По итогам проекта планируется опубликовать 9 статей в ведущих рецензируемых журналах, включая «Почвоведение», Geoderma Regional, Urban Ecosystems, Urban Forestry and Urban Greening, Microorganisms, Land, а также в изданиях РУДН.