Публикации: Прочее (рубрикатор)

Первое знакомство с Московским государственным университетом леса шокировало: по указанному адресу, на месте главного здания стояла обгорелая стена, напоминающая декорацию из страшных военных фильмов. Чуть больше года назад главный корпус основной лесной кузницы страны сгорел вместе с научными лабораториями и документацией. Но, как утверждает проректор по международным связям Валентин Шалаев, учебная и научная жизнь в вузе не остановилась ни на один день.

Руководство особо гордится тем, что в университете в разное время учились и работали люди с мировой известностью – дважды герой СССР, летчик космонавт Валерий Рюмин, академики АН СССР Николай Лузин, Отто Шмидт, Сергей Чаплыгин, Владимир Образцов и другие.

К слову, когда-то стены лесного вуза были родными и для другой знаменитости - Бориса Березовского, правда, говорят, что олигарх об этом давно забыл. Несколько лет назад руководство университета пыталось обратиться к нему за помощью, но безрезультатно. А жаль. На кафедрах вуза фактически на энтузиазме ученых зреют и реализуются проекты, способные не только приносить прибыль, но и кардинально изменить направление развития сельского хозяйства. Одна из таких идей родилась еще в начале девяностых годов: когда уставшие от безденежья ученые уходили из науки, доктор биологических наук, профессор МГУ леса Геннадий Федотов создал конкурентоспособный коммерческий продукт - изобрел технологию выгонки роз из закрытых бутонов. Материал он брал в теплицах розоводческих хозяйств, в которых зимой оставшиеся на кустах бутоны обрезались и выбрасывались. Теперь, благодаря ученому, они обретают новую жизнь. «Научные розы» по красоте не уступают «голландским», а главное - срезанными живут намного дольше своих заморских «коллег».

Почва открыла новые свойства

Изучая строение почвы, Геннадий Федотов обратил внимание, что понятие «коллоидная структура почв» в почвоведении недостаточно разработано. Почву рассматривали как систему, состоящую из трех фаз – твердой, жидкой и газообразной Считалось, что коллоидные частицы образуют плотную гелевую пленку на поверхности более крупных почвенных частиц, - поясняет ученый. – В то же время из коллоидной химии мы знаем, что гели могут представлять разные структуры. Плотные пленки гелей – единственные, которые практически не содержат воды и не изменяются при взаимодействии с водой. Другие гелевые структуры могут включать в свой состав большие количества воды.

Геннадий Федотов выдвинул предположение, что на поверхности почвенных частиц располагаются гелевые структуры, которые набухают, включая почвенный раствор в свой состав, что радикально изменяло существующие представления о свойствах почвы. По новой версии, гель должен постепенно поглощать почвенный раствор и фактически полностью закупоривать мелкие капилляры и поры. «После добавления воды гель должен расширяться, - сделал вывод Федотов. – Почвенный раствор должен состоять из двух частей – структурированного гелем и свободного. Причем с течением времени количество первого должно возрастать, а второго – уменьшаться.

Как следствие, во времени должны изменяться и свойства почв. Я начал изучать, что происходит с воздушно-сухими почвами после добавления в них воды. Если бы моя гипотеза оказалась ошибочной, то ожидаемые изменения произошли бы в течение достаточно короткого отрезка времени, пока в системе не установилось бы равновесия. Если же версия была правомерной, то почвенные характеристики должны были изменяться в течение длительного периода времени – до нескольких суток».

Экспериментальная проверка подтвердила предположение Геннадия Федотова. Гель набухал постепенно, захватывая все большее количество влаги и изменяя механические, электрические, биологические и прочие свойства почвенного раствора. Почва оказалась более сложным образованием, чем считалось раньше, и возникли новые вопросы, теперь уже о роли органического вещества в образовании гелевых структур, которое превращает пустую, бесплодную породу в почву. Начался новый этап исследований, были поставлены новые задачи – выяснить структурную и наноструктурную организацию почвенных гелей и роль органического вещества.

От травопольной системы к нанотехнологиям

В 2002 г. Геннадий Федотов поступил в заочную докторантуру факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова и все эти исследования проводились совместно с учеными Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова – академиками РАН Ю.Д. Третьяковым и Г.В. Добровольским, профессорами А.И. Поздняковым и Е.В. Шеиным В процессе очередного эксперимента были выделены почвенные растворы, которые исследовали под электронным микроскопом. Оказалось, что органические молекулы частично находятся в молекулярно развернутом состоянии и взаимодействуют между собой, иными словами, органическое вещество почвы образует студенообразную массу. В результате раствор, в котором находятся молекулы, теряет подвижность и превращается в гель, образуя матрицу из органических молекул. В эту матрицу включены частицы наноразмеров и именно этот комбинированный гель покрывает и связывает между собой почвенные частицы.

Этим и последующими экспериментами Геннадий Федотов впервые показал, как организована наноструктура почвенных коллоидов. «Хотелось бы, чтобы работа имела прикладное значение, - говорит ученый. – Она может значительно повысить рентабельность сельского хозяйства. Дело в том, что почва только тогда является плодородной, когда она структурно организована, состоит из агрегатов 0,5- 10 мм. Для растений это идеальный водно-воздушный режим. Однако при сельскохозяйственном использовании почвы агрегаты начинают уменьшаться, затрудняя жизнь корневой системы растений и тем самым снижая урожайность».

Ученые называют это явление деградацией почвы и считают его одной из главных проблем в агрономии. Увы, даже в черноземных районах почвы сегодня далеко не те, что были сто лет назад. Остановить их деградацию и повысить агрономическую ценность пытался еще Вильямс в тридцатых годах прошлого века, и ему это почти удалось: он разработал знаменитую травопольную систему земледелия, при которой часть площади севооборота периодически занимается многолетними бобовыми и злаковыми травами, которые восстанавливают структуру почв, но надолго выводят их из оборота. Геннадий Федотов решил найти способ восстановления плодородия сельхозугодий без потери драгоценного времени и одним из первых в научном мире начал исследовать наноструктурную организацию почв для получения искусственных органоминеральных гелей.

«Здесь нужны некие уточнения, - поясняет исследователь. – Мы знаем, что есть гумусовая матрица, в которой распределены коллоидные частицы, знаем, что армированный гумусовый студень покрывает поверхность более крупных частиц, связывая их между собой, и именно его поведение определяет структуру почв. Эти данные позволяют надеяться, что нам удастся создать армированную гумусовую структуру с такими же свойствами, что и армированные гумусовые студни. Понятно, что почвы могут быть разными. И если просто наносить на них армированные гумусовые студни, толку не будет. Перед нами стоит задача получить то, что будет благоприятно воздействовать на конкретную систему. Раньше пытались структурировать почву с использованием определенных полимеров, но, во-первых, их быстро разрушали микроорганизмы, а во-вторых, это оказалось слишком дорого. Мы хотим наладить коллоидную мелиорацию почв, используя составы на основе самого дешевого органического сырья – торфа, запасы которого в России огромны. Нужно лишь найти соответствующие добавки и разработать методику их внесения в почву».

Скоро в поле

Волшебные добавки, изменяющие структуру почвы, я увидела собственными глазами в лаборатории Геннадия Федотова. В моей памяти они останутся порошкообразным содержимым трех одинаковых баночек, в состав которых входят дешевое и имеющееся в изобилии в наших краях природное богатство – торф и некие вещества, образующие единую органическую матрицу с вкраплениями неорганических частиц. Параллельно разрабатывается методика внесения добавок в почву.

Как только лабораторные эксперименты завершатся, ученый выйдет в поля Дмитровского филиала института мелиорации сельско-хозяйственных земель. Новые добавки должны изменить структуру и значительно повысить плодородие дерново-подзолистых почв. Впрочем, по словам Геннадия Федотова, о конкретных результатах говорить пока рано: до внедрения его разработок пройдет как минимум пять лет.

Стоит отметить, что на протяжении всего периода работы по изучению структурной организации почвенных коллоидов Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) оказывал и оказывает финансовую поддержку ученому, однако для того, чтобы развернуть прикладные исследования широким фронтом денег не хватает. Впрочем, Геннадий Федотов не собирается сдаваться: он уверен, что доведет эксперимент до конца и намерен осаждать заявками еще и Министерство образования и науки. «Будем участвовать во всех конкурсах, - говорит ученый. – Добьемся денег, значит, сможем привлечь дополнительных людей к исследованиям, более широко развернем экспериментальные работы».