Анна Горбачева
  1. Загадка почвоведения
Как изучение почв поможет решить экологические проблемы


Анна Горбачева, старший научный сотрудник кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, рассказала «Лаборатории научной журналистики» о своих научных интересах, масштабных исследованиях и об адаптации природы к изменениям климата.


С 2016 года Анна принимала участие в масштабном проекте по актуализации и цифровизации данных заповедных территорий Евразийского региона «Летопись природы Евразии: крупномасштабный анализ изменяющихся экосистем». Это уникальное исследование демонстрирует, как наша природа реагирует на климатические изменения. Другая работа Горбачевой – глобальная карта потенциала секвестрации органического углерода почвами –тоже связана с изучением влияния климата на окружающую среду. Об этом мы и поговорили с нашей героиней.

Часть I
Путь молодого ученого
— Расскажите про свой профессиональный путь. Как и почему Вы решили заниматься исследовательской деятельностью и как выбирали научную область?
— Почему я решила заниматься экологией и почвоведением? Мне всегда нравилось понимать, что вокруг меня находится и растёт, кто вокруг меня бегает и летает, чем я дышу и что я пью. Именно отсюда было пристрастие к биологическим наукам. Интерес к почвоведению пришёл уже с возрастом, потому что, наверное, в 17 лет, когда я выбирала профессию, то не до конца понимала, чем я буду заниматься в дальнейшем. Но загадка этого предмета меня очень привлекла. И по мере обучения на факультете она разгадывалась, профессия становилась все более и более востребованной, не только с научной, но и прикладной стороны, ведь теперь весь мир стремится к «састейнабилити». В своей научной деятельности я решила смотреть на проблему почвоведения шире и начала обращать внимание и на другие аспекты экологии. В настоящее время я хочу углубить изучение влияния климата как на почвы, так и на растительный покров, а также на человека и на его проживание в городе. Я считаю, что эта тема очень актуальна, мне нравится быть как бы на гребне волны и заниматься тем, что тревожит сейчас все человечество.

«Мне всегда нравилось понимать, что вокруг меня находится и растёт, кто вокруг меня бегает и летает, чем я дышу и что я пью»

С какими трудностями Вы сталкивались на своем профессиональном пути как молодой ученый?
— Я не знаю, насколько трудности, с которыми я сталкиваюсь, зависят от того, молодой Вы ученый или уже состоявшийся. В первую очередь хотелось бы отметить, что сфера науки развивается, вследствие чего наукой занимаются все больше и больше молодых специалистов, в этом значительную роль играет государственная поддержка. Из зон роста хотелось бы видеть большую заинтересованность к науке со стороны частного сектора. Это и финансирование, и стажировки, проекты, информационная поддержка.
Как государство поддерживает ученых?
— Я вообще думаю, что зачастую вопросы денежной поддержки у нас связаны с тем, насколько вы активны в подаче заявок, в узнавании различных путей финансирования. Профессора руководят грантовыми исследованиями, в которых я участвую, поэтому я сама до сих пор активно не искала путей получения грантов, которые поддерживают молодых ученых. Но насколько я знаю, такие существуют, и государство должно выделять на них деньги. Мне сложно сказать, я не совсем компетентна в этом вопросе.
В основном все ученые сейчас занимаются преподаванием. Какую роль оно играет для Вас и в какой степени Вы совмещаете педагогическую деятельность и научную?
— Я преподаю, и мне это очень нравится. Мне бы хотелось уделять больше времени и преподаванию, и научной деятельности, но, так как время у нас ограничено, приходится искать баланс, и с каждым годом у меня это получается лучше и лучше. С одной стороны, это большая нагрузка. С другой стороны, я воспринимаю ее как благо, как повышение квалификации. И мне очень нравится в преподавании то, что можно постоянно совершенствоваться, используя различные новые методы преподавания. Я использую и такую методологию, как кейсы, хотя в почвоведении это может показаться удивительным. С переходом на дистанционное образование мне сразу же захотелось как-то разнообразить простое смотрение студентов в экран, и мне помогли всякие тесты, например, Kahoot. Студенты всегда очень вдохновлялись этим. У меня есть свой отдельный преподавательский проект, который мы ведем вместе с сотрудниками нашей кафедры, по спортивному почвоведению. Это не про откапывание ям на скорость, как может показаться на первый взгляд. Я воспринимаю это как метод обучения международным навыкам - описание почвенных разрезов. Сейчас на практиках мы учим студентов по российской, советской школе, а за рубежом немного другой подход к почвоведению. И мы решили расширить наш курс и адаптировали американскую систему проведения соревнований. То есть студенты-почвоведы описывают разрез по заранее заданным критериям, и потом их работа сравнивается с описанием эксперта, который до этого его сделал. И студентов это всегда воодушевляет, они потом обсуждают почву, у них появляется какой-то спортивный интерес. Так что преподавание меня очень вдохновляет, и оно меня заряжает и ни в коем случае не мешает никакой моей деятельности.
Это не про откапывание ям на скорость, как может показаться на первый взгляд.
Вы говорили, что сейчас фокусируетесь на связи почвоведения с экологией. Проекты «Летопись природы» и карта секвестрации углерода почвами - основные, над которыми Вы сейчас работаете?
— Один из этих проектов - по цифровизации «Летописи природы» - в целом продолжается, но мое участие в нем уже завершилось. А проект по секвестрации и получению почвенных данных у нас, наоборот, на завершающей стадии пилотного этапа.
Часть II
«Летопись природы»


Как появилась идея «Летописи природы» и какова цель этого проекта?
—Я бы хотела начать с того, что «Летопись природы» - это основной документ заповедников. Они были у нас основаны еще в 20-х годах XX-го века, а «Летопись природы» в заповедниках начали вести с 30-х годов. И в отличие, например, от европейской и американской системы, где распространены национальные парки, у нас были основаны именно заповедные территории, на которых любая деятельность, в том числе и туристическая, была запрещена. Основная цель этих заповедников - сохранение природы и природных условий. «Летопись природы» - это документ, в который в течение всего года научные сотрудники заповедников вносили данные по изменению природных явлений, об инвентаризации растительного покрова, животного населения, метеорологические данные, данные фенологических явлений, таких, например, как таяние рек, первая песнь соловья, первое цветение вероники дубравной. Это все ученые с 30-х годов по крупицам собирали и вносили в «Летопись природы». Это уникальные данные, и сейчас они стали еще более актуальными. Проект, в который я вовлечена, ведет Хельсинкский университет и профессор Оцо Оваскайнен (Otso Ovaskainen). Он понял этот кладезь и решил актуализировать эти данные. И так родилась идея этого проекта еще в 2010-ом году с целью как раз актуализации и вообще цифровизации данных, чтобы ими могли воспользоваться люди.
«Летопись природы» - это масштабное международное исследование. Как Вы к нему подключились?
— Да, это масштабное исследование в первую очередь на территории России и бывшего СССР. В России сейчас, если я не ошибаюсь, 110 заповедников, и подключить к единой работе все заповедники - это достаточно сложно. Плюс, присоединились заповедники Финляндии, Польши, бывших стран Советского Союза. Я же попала в проект так: когда я писала свою диссертацию, ее отрывок был посвящен Приокско-Террасному заповеднику. Пока я там работала, научные сотрудники предложили мне поучаствовать в таком масштабном исследовании. И я была вдохновлена этим масштабом, тем, что наконец-то рукописи или цифры, которые лежат в томах, актуализируются. Я поехала в 2016 году на встречу организаторов этого проекта в Алтайский заповедник, где тоже была вдохновлена их профессионализмом и идеей. И в итоге я помогала Приокско-Террасному заповеднику в оцифровке данных, в их проверке и в их проведению к определенному формату. Это была работа только с данными. Потом уже сотрудники Хельсинского университета занимаются математическим моделированием, и на основе моделей, которые они составляют, как раз можно сделать выводы о влиянии климата на растения.
Это то, что мы все замечаем. Например, в том году мне все прислали фотографии цветущей в ноябре сирени.
От чего зависит адаптация растений к изменениям климата?
— Реакция разных видов растений на изменение климата может быть неоднозначной из-за видовых особенностей. Во первых, на разных трофических уровнях организмы реагируют на происходящие изменения по-разному.

Во-вторых, отличия могут наблюдаться у растений с большим и маленьким количеством ресурсов. Много ресурсов у деревьев и вечнозеленых растений. Они легче адаптируются к изменениям климата. Однолетние растения, у которых меньше ресурсов, сложнее приспосабливаются к климатическим изменениям. Например, есть растения эфемеры, эфемероиды, которым нужно определенное соотношение температуры, влажности, климата для того, чтобы расцвести. Если эти условия не были достигнуты, растения не будут продуцировать, вегетировать. Также у растений может отличаться отклик для наступления фенофазы. У одних растений - это изменение или достижение определенной суточной температуры. У других - это световой период. Кроме того, одни растения опыляются ветром, другие - насекомыми. Когда синхронность цветения и появления опылителей нарушается из-за изменения климата, производство семян может быть ограничено из-за недостаточного успеха опыления. Также позднее цветение растений, опыляемых насекомыми, может сказаться на пчелах и их фенофазы, затрагивая и другие аспекты далее по трофическим путям.
К каким основным выводам пришли ученые в ходе исследования?
— Основные авторы статей сделали много выводов: каждый заповедник обрабатывает свои данные, и поэтому в исследовании получается большое количество участников. Мы можем говорить о том, что в целом природа и экосистема хорошо адаптируется к климатическим изменениям. Однако, если мы рассмотрим каждый живой организм отдельно, то увидим, что они это делают это по-разному. И наступление разных фенологических фаз у растений отличается. Так, например, весной наступление фенологических фаз идет ассинхронно по сравнению с осенним периодом.
Что из этих выводов может пригодиться нам в повседневности?
— Данные, которые мы получаем из «Летописи природы», могут повлиять на систему мониторинга заповедных территорий, которая в свою очередь может повлиять на методологию и ведение лесного и сельского хозяйства, что может повлиять косвенно и на среду обитания человека. Поэтому на этих данных уже будут базироваться более практические исследования о том, как нам регулировать природные ресурсы и управлять ими. Почему именно метод фенологии выбирается как метод отклика на климатические изменения? Все дело в том, что его достаточно легко изучить, записать и проанализировать, потому что это то, что мы все замечаем. Например, в том году мне все прислали фотографии цветущей в ноябре сирени. Поэтому это очень универсальный и вызывающий у людей интерес метод.

С какими трудностями Вы столкнулись во время исследования?
— У меня были только приятные трудности. Например, при оцифровке данных узнаешь, какими методами пользовались исследователи при фиксировании цветения или фенологических фаз каких-либо видов. Интересно, как со временем менялись методики, в ходе чего нужно было принимать решения о том, как вносить и потом обрабатывать данные. Вообще, я узнавала больше об открытых базах данных по биологическому разнообразию, о таких продуктах, как iNaturalist и GBIF {Global Biodiversity Information Facility - Прим. ред}. И, когда показывали карту наблюдений всего мира, меня поразило, что на территории России было чёрное пятно. Если сейчас посмотреть, там уже очень много данных. Тогда меня вдохновило то, что моя работа потом появится на общей карте и будет виден результат.
Часть III
Глобальная карта секвестрации углерода почвами
Как обращаться с землей, чтобы потом не переплачивать за продукты?
Давайте теперь перейдем к другому исследованию - глобальной карте секвестрации углерода почвами. В чем заключается проект и на какой он сейчас находится стадии?
— В этом проекте мне интересно посмотреть на изменение климата, но уже с другой стороны: на то, каким образом человек может повлиять на климат через управление почвами.

Я думаю, что здесь можно начать вообще с того, что такое секвестрация. Мы все знаем, что изменение климата вызывает увеличение концентрации парниковых газов в воздухе. Одним из парниковых газов является CO2. Секвестрация углерода - это связывание углерода из атмосферного воздуха через растительность и последующее его накопление в почвах. Секвестрация углерода - один из методов, о котором сейчас все больше и больше говорят, который помогает уменьшить, смягчить влияние климата на человека путем как раз этой трансформации углерода из воздуха в почве и накопления его там.

Проект, которым мы сейчас занимаемся, - проект составления глобальной карты потенциала секвестрации углерода почвами. Его инициировала Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН. Наша научная группа занимается именно составлением карты всей территории России. Руководят этой картой главный научный консультант - Романенков Владимир Аркадьевич, заведующий кафедрой агрохимии, и главный технический консультант - Кренке Александр Николаевич, научный сотрудник Института географии РАН. Еще в проекте участвует Аналитический центр Минсельзоза, Почвенный институт им. В. В. Докучаева, Центр агрохимической службы «Ростовский», сотрудники и магистранты факультета почвоведения МГУ и ЮФУ.

Первый вариант карты был презентован уже 8 сентября на Пленарной ассамблеи Глобального почвенного партнерства ФАО ООН. Но в целом это работа, которая не закончится еще очень долго.
Глобальная карта запасов углерода 2017 г.
Источник: http://www.fao.org/3/i8195e/i8195e.pdf
Задействованы ученые из всех стран и каждая группа делает свою страну, или необязательно?
— В составлении этой карты задействованы ученые стран, которые входят в ФАО ООН {Food and Agriculture Organisation - Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН - Прим. ред.}. Это, если я не ошибаюсь, 194 страны. У ФАО есть такая инициатива, которая называется «Глобальное почвенное партнерство», и в рамках этого почвенного партнерства в каждой стране есть координатор, focal point {англ. координатор - Прим. ред.}, который как раз назначает соответствующих специалистов или организацию для выполнения инициатив ФАО. Так что это такая глобальная координация.
А зачем вообще нужна такая карта?
— Карта секвестрации углерода покажет потенциал почвы по накоплению органического вещества. Зачем нам нужны органические вещества? Это главный показатель плодородия. И карта нам покажет зоны, у которых потенциал секвестирования больше, и те, у которых меньше. Скорее всего, в будущем, это вообще может изменить всю картину подхода к землепользованию, потому что на это могут влиять решения политиков, а следовательно будет влиять финансирование. То есть на регионы, где более высок потенциал к секвестированию углерода, возможно, будет выделяться больше средств. В любом случае от этого может зависеть дальнейшая финансовая поддержка стран и регионов.
Что политики будут делать - тут как раз и стоит вопрос. Они будут принимать решения. А как они будут принимать решения - зависит от того, насколько хорошего качества у нас будет карта.
Чем больше потенциал секвестирования углерода почвы, тем она более плодородна?
— Нет, не совсем. Еще что важно заметить, что эта карта секвестрации почв создается только на пахотных землях, в верхнем 30-ти сантиметровом слое. Пахотные земли - это как раз те земли, которые наиболее ускоренно теряют свое плодородие и органический углерод. Очень важно, чтобы почвы накапливали и не теряли в себе этот углерод. А что покажет карта? Она покажет, как поведет себя почва через 20 лет. У нее есть какой-то запас органического вещества, и через 20 лет мы увидим, например, что оно уменьшилось. Вопрос: если мы будем вести такие же практики, как вели сейчас, что произойдет с органическим углеродом: он уменьшится или он вырастет? Потом мы посмотрим: например, если мы чуть-чуть изменим подход к землепользованию и будем внедрять углеродосберегающие практики устойчивого землепользования, как у нас углерод - уменьшится, увеличится? Насколько он изменится по сравнению с business as usual - с практиками, которые мы сейчас ведем? Можно рассмотреть несколько разных сценариев, что и делает эта карта. И потом, чтобы найти самый оптимальный способ управления территорией, такой подход карт секвестирования может помочь.
То есть с помощью карты будет решаться, что делать с землей?
— С такими глобальными подходами ученые составляют карту для лиц, принимающих решения. Чтобы, например, политики либо международные организации вкладывали больше средств для восстановления углеродом почв пахотных земель, им нужен фактический материал, конкретные данные. Эти данные как раз предоставляет эта карта. Что политики будут делать - тут как раз и стоит вопрос. Они будут принимать решения. А как они будут принимать решения - зависит от того, насколько хорошего качества у нас будет карта. Потому что сейчас то, что мы получаем, те проблемы, с которыми мы сталкиваемся, говорит о том, что карта у нас получается с большим процентом неопределенности. И поэтому когда у нас уже будет готова карта и она будет как можно более точная, политики могут принимать решения.

Еще сейчас формируется углеродный рынок. Включение углерода почвы в этот пока что добровольный рынок в стадии формирования. Как раз-таки карты и глобальные оценки могут стимулировать, с одной стороны, выделять средства, с другой - заниматься этим вопросом.
Получается, карта может потом использоваться, чтобы обеспечить продовольственную безопасность?
— Вообще, цель секвенирования углерода - уменьшить влияние последствий изменения климата. А с другой стороны, оно, конечно, будет использовано для продовольственной безопасности, но мы должны понимать, продовольственная безопасность - это обеспечение человека продовольствием. Но это не только физическая доступность продовольствия, это еще и экономическая доступность, и утилизация продовольствия. Если мы, например, оставим пахоту, она зарастет деревом и там будет больше углерода - деревья на 50% состоят из углерода. Но мы продолжаем заниматься сельским хозяйством как раз для того, чтобы обеспечить продовольственную безопасность. Если мы не будем им заниматься, нам придется покупать экспортированные продукты, а это уже будет экономически недоступно, это будет продовольственная безопасность, которую не все люди смогут себе экономически позволить. Поэтому именно в пахотных землях есть стремление добиться того, чтобы ведение сельского хозяйства совмещало и нужды климата, и обеспечение продовольственной безопасности. То есть накопление, увеличение органического углерода, ведение устойчивого землепользования приведет к тому, что продуктивность земель может увеличиться. Продуктивность значит получение на определенный кусок площади большего количества урожая. Это и будет содействовать обеспечению продовольственной безопасности.
Вы говорили, что потенциал почвы смотрят через 20 лет. А если получится так, что через 20 лет выявится, что у этой почвы низкий потенциал секвестрации, что будет?
— В природе встречаются природные почвы с низким потенциалом, и это нормально. Зоны с низким потенциалом секвестрации углерода будут в наименьшей мере использованы с целью накопления углерода, так как понадобятся очень большие территории для их восстановления, чтобы накопление в них углерода оказало влияние на климат. Однако эти сельскохозяйственные территории все еще будут иметь значение для обеспечения продовольственной безопасности. Потенциал увеличения запасов органического углерода в почве зависит от типа почвы, климата и метода землепользования. Последнее мы можем регулировать. Если мы посмотрим на модель и, например, увидим, что через 20 лет содержание углерода в почве уменьшилось при ведении практик без их адаптации, то мы будем смотреть, как ведение разных приемов в сельском хозяйстве будет влиять на накопление органического вещества в почве.
Не получится так, что за 20 лет очень сильно ухудшится ситуация и будет уже поздно?
— Может быть и такое. Но это только будет значить как раз то, что мы выявим зону с большим потенциалом секвестрации углерода, зону, которая нуждается в большем уходе, в большем финансировании.
Какие факторы влияют на потенциал секвестрации, помимо методов ведения сельского хозяйства?
— Тут можно выделить естественные факторы, обычные факторы почвообразования - климат, растительность почвообразующей породы. Также, конечно, антропогенные факторы: какие приемы, методы используются для ведения сельского хозяйства.
Как можно увеличить потенциал секвестрации?
— У нас сейчас нет задач увеличить или уменьшить. Есть задача понять, какая ситуация сейчас и какой у нас ноль-момент. В целом на увеличение органического вещества в будущем будут влиять методы ведения сельского хозяйства. И оценка, какой метод лучше, какой метод и экономически оптимальный, как раз будет входить в следующие задачи проекта.
В целом это работа, которая не закончится еще очень долго.
Расскажите о том, как Вам помогали студенты в исследовании?
— Мы привлекали магистрантов нашей кафедры к этой работе. И магистранты нам помогали на нескольких уровнях. Чтобы составить карту, что как раз может связывать и «Летопись природы», они помогали со сбором первичных данных. Это самый главный, первый, этап.

Студенты также помогали оцифровывать данные, которые содержатся в справочных агрохимических службах. Они помогали нам с оцифровкой, пересчетом этих данных, потому что они были собраны по одной методике, а сейчас мы используем данные, которые надо перевести в другие единицы, соответствующие международным стандартам.

Далее студенты помогали нам уже с самим моделированием. Мы работали в программах, и они помогали с прохождением по скриптам, с составлением карты регионов, потому что Россия очень большая. Мы разделили Россию на пять частей, и каждый студент был занят своей частью. Студенты подключались с момента сбора данных, потому что нужны были данные разных показателей, таких как температура и влажность воздуха, запасы органического углерода почв и гранулометрический состав почв, данные продуктивности растительного покрова. Какие-то показатели мы могли найти в открытых источниках, какие-то, например как показатели гранулометрического состава почв, - надо было снимать из архивов агрохимических служб. Так что студенты повышали свои навыки и помогали нам с моделированием, которое занимает очень много времени вследствие того, что не все компьютеры могут быстро переработать такое большое количество данных.
Анна Горбачева и Ольга Манакова - студентка магистратуры
Почвоведение - крайне интересная и важная наука
«Лаборатория научной журналистики» поговорила с Ольгой Манаковой об обучении на факультете и сфере её научных итересов
Вы говорили, что во время исследования столкнулись с большим процентом неопределенности, на карте много неисследованных территорий. Их возможно потом как-то изучить?
— Проблема, с которой мы столкнулись, - недостаток информации. Что важно еще отметить, в проект мы подключили Министерство сельского хозяйства. Планируется, что они и будут получателями наших выводов. У нас информация находится в томах в напечатанном виде, а сроки и финансирование проекта не позволили нам полностью заниматься оцифровкой данных. Данные, которые содержатся только в открытых источниках, - это данные глобальных баз данных, и они, конечно, не настолько детализированы, насколько бы нам хотелось. Но в дальнейшей работе мы сформировали команду, усвоили ту методику, которую предлагает ФАО, и видим шаги для улучшения и для более детального сбора данных, которые, конечно, актуализируют эту карту, сделают ее намного более качественной, чем она есть сейчас.
Как Вы думаете, сколько еще времени нужно, чтобы завершить проект?
— Первый драфт карты, как я уже сказала, готов. Презентован он будет осенью. Но в целом это работа, которая не закончится еще очень долго. Как и любая карта, она в какой-то момент устаревает, ее надо обновлять. И через 20 лет будет интересно посмотреть, что мы там предсказали. Так что здесь основная задача - получение хороших почвенных данных. Будут они, будут хорошие карты.
Изменение климата - одна из причин составления карты. Как она связана с Парижскими соглашениями?
— Парижское соглашение обязывает страны снижать выбросы углекислого газа в атмосферу и существует с целью уменьшения климатических изменений. Как раз секвестрация - один из возможных вариантов достичь этого. Для этого необходима такая глобальная оценка, как карта, которая как раз была инициирована в ответ на Парижское соглашение.
Над какими проектами Вы планируете работать, может быть, уже работаете параллельно и в каком направлении вообще планируете развиваться?
— Я параллельно работаю еще над проектом по изучению лесопарков городов. Да, здесь тоже идет элемент влияния изменения климата. Может быть, не такого глобального, а более локального, то есть изменение климата в городах.

Известно, что вокруг города создается такой heat island {англ. остров тепла - Прим. ред}, который образуется вследствие антропогенного воздействия. Температура там на один-три градуса выше, чем за городом. Мне интересно исследовать, как и загрязнение, и изменение климата влияет на природу в городе. Потом я бы хотела заниматься именно изучением сельскохозяйственных территорий, как эти территории могут быть не источником парниковых газов, а наоборот - средством того, чтобы эти парниковые газы трансформировать и накопить в себе.

  • Текст

Ксения Бабкина

Милена Бозрикова

Полина Курова


Верстка

Ксения Бабкина

Милена Бозрикова

  • Полина Курова
Видео
Антон Чуванов

  • Монтаж
Ксения Бабкина

  • Фото
Ирина Дудикова
Редакторы

Алина Белините

Елизавета Стрига
Made on
Tilda