Почва привыкла восприниматься чем-то вечным, само собой разумеющимся. Агрономы, исследователи и фермеры-любители пашут, сеют, собирают урожай и редко задумываются о том, что плодородный слой под ногами — ресурс не просто ценный, но и крайне уязвимый. Формирование одного сантиметра плодородной почвы в природе занимает десятилетия, а в северных и засушливых регионах — целые столетия. При этом теряем мы этот сантиметр гораздо быстрее. По словам экспертом, в России более 56% сельскохозяйственных угодий уже находятся в состоянии деградации: эрозия, засоление, потеря гумуса, уплотнение и даже опустынивание становятся привычным ландшафтом на огромных территориях. Черноземы, которые всегда были гордостью страны, потеряли от 20 до 50 процентов исходного плодородия. Ежегодно от полутора до двух миллионов гектаров почвы становятся менее продуктивными или вовсе выходят из оборота. И это не просто цифры в отчетах — за ними стоит прямой удар по продовольственной безопасности, ведь до 95% всего продовольствия человечество получает именно из почвы.

«Проблема усугубляется тем, что почва — возобновляемый ресурс лишь условно. Естественное восстановление настолько медленное, что на практике мы имеем дело с невосполнимой потерей. Изменение климата только ускоряет этот процесс: засухи становятся чаще, ветровая эрозия — интенсивнее, и традиционные методы поддержания плодородия в виде удобрений и мелиорации уже не справляются. Нужен принципиально иной подход. И именно такой подход мы предлагаем в рамках новой национальной экологической и климатической инициативы», – рассказывает профессор, доктор биологических наук, заведующий кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и медицины им. Д.И. Ивановского ЮФУ Татьяна Минкина.

Идея называется «Создание устойчивых почв для будущих поколений России». По сути, речь идет о переходе к концепции «живого инжиниринга», где объектом управления становится сама почвенная экосистема.

В рамках данного проекта группа ученых АБиМ ЮФУ предлагает создать национальную систему биоинжиниринга почв — междисциплинарную платформу, которая объединит ученых, аграриев, региональные власти и разработчиков технологий. Логика этой системы строится в три этапа. На первом проводится цифровая диагностика: анализируется почвенный профиль, климатическая зона, целевая культура, и создается своего рода «рецептура» будущей почвенной системы. На втором этапе запускается производство: органические отходы агропромышленного комплекса перерабатываются в биогенные компоненты, синтезируются искусственные почвенные матриксы, и в них формируется управляемый микробиом — та самая живая основа, которая обеспечивает биологическое плодородие. На третьем этапе готовый субстрат наносится на деградированный участок, после чего ведется цифровой мониторинг его состояния в реальном времени с возможностью корректировки биологической активности. То есть это далеко не разовая акция по улучшению почвы, а полноценная технология воспроизводства почвы как продукта.

Ключевое отличие этого подхода в том, что сегодня существующие решения работают по отдельности, например удобрения, мелиорация, рекультивация, биопрепараты. Они решают свои локальные задачи, но не меняют ситуацию системно. В новой модели на непригодных территориях почва конструируется с нуля под конкретную задачу, а органические отходы становятся не проблемой утилизации, а входящим ресурсом, в связи с чем формируется замкнутый цикл. Кроме того, как объясняют ученые, современные технологии позволяют создавать цифровой двойник почвенной системы участка, прогнозировать ее состояние и корректировать управление. Интересно также то, что на сегодняшний день в России не существует государственных стандартов на искусственные почвы — и их разработка также заложена в инициативу как отдельная задача.

Стоит отметить, что предложенная инициатива далека от фантастики, ведь ученые ЮФУ на протяжении уже нескольких лет работают над созданием искусственных почв. Так, например, в Ростовской области уже был проведен уникальный почвенный эксперимент, в котором исследователи не просто восстанавливают деградированную землю, а конструируют почву с нуля: подбирают минеральную основу, органическую составляющую, формируют нужное микробное сообщество. Это позволяет получать устойчивую почвенную систему с заданными свойствами, , адаптированную под конкретную сельскохозяйственную культуру или под задачи восстановления техногенно-нарушенных территорий.

Отдельное направление — управление почвенным микробиомом. Речь не о добавлении в почву стандартных биопрепаратов, которые работают непредсказуемо в разных условиях. Ученые ЮФУ изучают механизмы адаптации микроорганизмов в загрязненных и деградированных почвах и учатся формировать устойчивые микробные сообщества с заданными функциями: фиксация азота, доступность фосфора, подавление почвенных патогенов, помощь растениям в условиях засухи или засоления. И в данном случае речь идет не про обыденное «подкормить почву бактериями», а про настоящий биоинжиниринг, где микробиом становится управляемым инструментом плодородия.

Особенно заметны возможности такого подхода там, где природа уже проиграла человеку. На территориях бывших карьеров, хвостохранилищ и промышленных площадок почва часто оказывается настолько нарушенной, что самостоятельно восстановиться уже не может. Именно здесь биоинжиниринг почв превращается из научной концепции в прикладной инструмент.

В ЮФУ уже несколько лет работают с подобными объектами в нашей стране. В Калмыкии исследователи помогают возвращать к жизни малопродуктивные пастбища и земли, которые постепенно теряли способность поддерживать растительный покров.

Для ученых это возможность проверить, насколько устойчивыми могут быть искусственно сформированные почвы в реальных условиях. Для регионов и бизнеса — шанс получить технологии, которые позволяют не просто замедлять деградацию земель, а возвращать их в хозяйственный оборот. Особенно актуально это становится сейчас, когда требования к рекультивации нарушенных территорий заметно ужесточаются, а ответственность за их восстановление все чаще ложится на недропользователей и промышленные компании.

Инициатива объединяет специалистов в области почвоведения, микробиологии, биотехнологии, химии, IT-технологий и экономики сельского хозяйства. Одним из ключевых участников проекта выступает Татьяна Минкина — профессор, доктор биологических наук, заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ. Она входит в мировой список наиболее цитируемых ученых по версии Elsevier (Top 2% Scientists), руководила более чем 50 российскими и международными научными проектами и является лауреатом премии Российской Федерации «Профессор года». За направление, связанное с управлением микробными сообществами и синтетической биологией, отвечает Зоригто Намсараев — кандидат биологических наук, начальник лаборатории синтетической биологии Курчатовского геномного центра НИЦ «Курчатовский институт» и ведущий научный сотрудник Научно-технологического университета «Сириус». Его исследования посвящены управлению микробными сообществами в природных и промышленных экосистемах. За вклад в развитие науки он награжден Благодарностью Президента Российской Федерации. Практический взгляд на внедрение технологий обеспечивает Илья Макаров — основатель компании «Органик Микс», одного из российских производителей органических удобрений. На протяжении многих лет он занимается вопросами восстановления плодородия почв и развития биоэкономики, выступая экспертом отраслевых площадок и профессиональных сообществ.

Вокруг проекта уже формируется широкий консорциум. В него входят Курчатовский институт, МГУ имени М.В. Ломоносова, Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева, Институт лесоведения РАН, Сибирский федеральный университет, Калининградский государственный технический универститет, Фонд Сколково, ООО «ЛИМКОРМ»а также регионы и агропромышленные компании, заинтересованные в практическом внедрении технологий воспроизводства почв.

«Сегодня идея воспроизводства почв звучит непривычно для многих. Но еще несколько десятилетий назад столь же смелыми казались технологии точного земледелия, геномные исследования растений или цифровой мониторинг сельскохозяйственных угодий. Между тем проблема никуда не исчезает: плодородные земли продолжают деградировать быстрее, чем успевают восстанавливаться естественным путем. Поэтому вопрос уже не только в том, как сохранить существующие почвы, но и в том, можно ли научиться воспроизводить их свойства там, где они были утрачены» – подытожила Татьяна Минкина.

Ученые ЮФУ и их партнеры считают, что такой подход вполне реален. Искусственные почвы, управляемые микробные сообщества и технологии биореставрации уже выходят за пределы лабораторий и проходят проверку в полевых условиях. Возможно, через несколько лет создание почвенных систем с заданными свойствами станет такой же частью современной агротехнологии, как селекция растений или системы орошения. И тогда речь пойдет не только о сохранении земельных ресурсов, но и о возможности возвращать к жизни территории, которые еще недавно считались безнадежно утраченными.

Южный федеральный университет, являясь участником программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»), концентрирует усилия на решении задач научно-технологического развития страны. В рамках этой работы университет на основе сетевой архитектуры взаимодействия создает производственно-технологические цепочки полного цикла для ответа на «большие вызовы». Ключевые направления развития охватывают ряд критических и сквозных технологий, которые лежат в основе трех ключевых стратегических технологических проектов вуза. Среди них –  СТП «Технологии биоинженерии почв», над реализацией которого активно трудятся ученые Академии биологии ЮФУ.

Автор текста: Юлия Сопрунова, ред. Ольга Молоткова