"Зеленая школа" - Научные основы и экологические аспекты городского озеленения
2021-2023

Проект по благоустройству территории Университетской гимназии МГУ

Актуальность

  • При озеленении городских объектов, создании ландшафтных проектов часто обходят вниманием почву, почвенные конструкции, которые являются неотъемлемой частью любого биогеоценоза, ландшафта, в том числе городского и любого другого, даже созданного искусственно. Даже измененная или искусственно созданная почва продолжает выполнять свои экологические функции, такие как поддержание жизнедеятельности растений, буферность по отношению к загрязнителям, деструкционная, а также функция регулирования газового состава атмосферы. В последние годы все больше внимания уделяется изучению роли городов в глобальном изменении климата, так как на них приходится большая часть антропогенных выбросов углекислого газа. В отличие от природных экосистем, потоки CO2 в городах представляют собой сложный баланс антропогенных источников и биогенных. При этом часто биогенные источники не учитываются вовсе, хотя научному сообществу известно, что нарушенные почвы, в том числе городские, при активизации биодеструкции органических веществ выделяют СО2 на порядок больше, чем весь автотранспорт, промышленные предприятия и население на данной площади.

Цель проекта

  • Оценка роли городских почв и почвоподобных конструкций в глобальном углеродном цикле

Задачи проекта
  • На основе данных метеостанций и собственных измерений оценить особенности гидротермического режима воздуха и почв города Москва.
    • Проанализировать годовые данные метеостанций Москвы и ближайшего Подмосковья с целью количественной оценки особенностей параметров гидротермического режима города.
    • Оценить пространственную вариабельность гидротермического режима почв территории Гимназии МГУ.
    • Сравнить температурный режим почвы разных зон территории Гимназии и его временную изменчивость.
  • Оценка естественной и потенциальной биологической активности городский почв, грунтов и материалов для озеленения крыш.
    • Оценить потенциальную и актуальную биологическую активность.
    • Оценить пригодность различных грунтов для создания зеленых крыш с точки зрения углеродного следа.
    • Мониторинг суточной и долгосрочной динамики эмиссии CO2 с поверхности почв.
    • Определение количества CO2, поглощаемого надземной растительностью в результате фотосинтеза.

  • Оценка «здоровья» городских почв (физико-химические и микробиологические характеристики).
    • Собрать образцы грунта разных функциональных зон городской территории.
    • Провести микробиологических анализ (прямой посев) образцов с оценкой численности и разнообразия микрофлоры.
    • Провести фитотест с помощью проростков пшеницы для оценки токсичности грунтов для высших растений.
    • Оценить «здоровье» почв разных функциональных зон города и грунтов, используемых для создания зеленых крыш.
Методы
Термодатчики «Thermochron iButton»
для оценки временной динамики температурного режима почв и воздуха
Влагомер почвы TR 46908 (Италия) со встроенным термометром
Для измерения пространственной вариабельности температуры и влажности почвы
Оценка эмиссии СО2 из модельных конструкций, имитирующих зеленые крыши
Метод закрытых камер
Для измерения эмиссии СО2
Базальное дыхание и оценка содержания углерода микробной биомассы
Аппликационный метод
Для оценки целлюлозолитической активности почв
Метод биотестирования
Метод микробиологического посева
Результаты проекта
В ходе реализации проекта были получены результаты по дыханию почвы и нетто-экосистемной продукции на площадке мониторинга, созданной на территории университетской гимназии. Согласно нашим данным, величины эмиссии углекислого газа почвами газона высокие, поглощение углекислого газа в процессе фотосинтеза не компенсирует его выделение. Т.е. нетто продукция углекислого газа на газоне всегда положительная, идет активное его выделение даже в летние месяцы. Мы предполагаем, что такие высокие величины эмиссии СО2 связаны с недавним формированием территории гимназии и использованием грунтов с высоким содержанием органического вещества, что является нарушением существующих норм.
По результатам оценки материалов, используемых для озеленения крыш с точки зрения их биологической активности мы пришли к тому, что ни один состав из рассматриваемых не был оптимальным по абсолютно всем критериям. Так или иначе, мы рекомендуем использовать состав “ОСВ+стекло+кокос”, но контролировать количество осадка сточных вод, чтобы “углеродный след” (выделение СО2) был меньше.
Согласно нашим исследованиям потенциальная биологическая активность почв и грунтов на территории МГУ невысокая, особенно под древесными насаждениями, где убирается подстилка. Низкое отношение активной микробной биомассы к общей свидетельствует об угнетенном состоянии микробиоты.

В результате нашего исследования на примере погодных данных для метеостанций Москвы и области для одного календарного года мы наглядно подтвердили существование городского острова тепла. По нашим данным этот эффект выражался в увеличении на территории города как среднегодовых, так и летних и зимних температур. Суммарный эффект острова тепла выражался в увеличении суммы активных температур на 200-400 градусов в год. Также заметно увеличение количества осадков на территории города на 100-150 мм.
Помимо глобального изменения климата в городе, нами было показано локальное изменение температуры и влажности почвы под влиянием городской застройки. Мы показали, что температура и влажность почвы находятся под влиянием находящихся в непосредственной близости зданий. Открытые участки газонов могут летом перегреваться и иссушаться.
Таким образом, нами было показано, что в городских условиях существенно меняется как климат в целом, так и режимы влажности и температуры городских почв. Эти изменения могут существенно повлиять на все биологические процессы, происходящие в городских биогеоценозах, что необходимо учитывать при оценке роли городов в глобальном цикле углерода.


Все исследовательные почвы и грунты не токсичны по отношению к растениям, но существенно различаются как по общему содержанию микроорганизмов, так и по соотношению их групп. В частности, на в части образцов наблюдалось крайне низкое содержание актиномицетов, которые играют важную роль в переработке труднодоступного органического вещества и помогают улучшать здоровье почвы путём образования устойчивого гумуса, подавляют рост и развитие патогенных микроорганизмов. Снижение численности актиномицетов, или их полное отсутствие уменьшает способность почвы к самоочищению.

Общие результаты проекта
Получен массив данных по биологической активности почв и поверхностных техногенных образований, расположенных на территории МГУ и Университетской гимназии. Оценено реальное и потенциальное выделение диоксида углерода данными объектами и предложены рекомендации по уменьшению экологического следа при функционировании искусственных почвенных конструкций в городских условиях. Полученные в ходе реализации проекта данные могут послужить основой для разработки подходов, методик и технологий создания почво-грунтов, отвечающих принципам «зеленого» природопользования.

Конференции, в которых мы участвовали.
Всероссийский открытый конкурс юношеских исследовательских работ имени В. И. Вернадского.

Наша команда
  • Королёва Дарья
    Участник
    Микробиологическое разнообразие городских почв
  • Бардасова Екатерина
    Участник
    Биологическая активность городских почв
  • Чебодаев Артём
    Участник
    Свойства городских почво-грунтов
Гончарова Ольга Юрьевна
Руководитель проекта
Кандидат биологический наук, старший научный сотрудник факультета Почвоведения МГУ
Наши партнеры
  • Факультет почвоведения Московского государственного университета имени М. В. Ломоносов