Аннотация результатов, полученных в 2018 году
По результатам первого года выполнения проекта подготовлен к публикации обзор имеющихся сведений и влиянии гуминовых препаратов на биологические показатели почв Подготовлен литературный обзор о влиянии ГП на биологические показатели почв, и на его основе спланированы методы оценки изучаемых ГП на состояние почвенных систем. Собраны экспериментальные данные о химическом составе и ряде структурных характеристик 14 препаратов отечественного и зарубежного производства из 6 различных групп источников сырья, отличающихся условиями гумификации органического вещества: торфа, сапропеля, углефицированных материалов (бурого угля, леонардита, лигнита), промышленных отходов (лигносульфонат). Ряд исследований проводится весной-летом 2019 года. Заложен лабораторный опыт, включающий в общей сумме 42 варианта внесения и контроль в 5 технических проворностях для каждого варианта. Через 1, 2, 3 и 4 месяца отбираются и анализируются образцы почв для микробиологических и экотоксикологических анализов. По результатам эксперимента изучена активность трех почвенных ферментов, отдельные микробиологических показателей, а также проводится оценка токсичности почв на энхетриидах для первой временной отсечки. Полученные данные анализируются и сопоставляются с данными о химическом составе ГП. Проанализирована чувствительность измеренных биоиндикаторов к сырью ГП и дозам внесения.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Одной из главных проблем почвоведения и сельского хозяйства является поиск препаратов, обла-дающих высокой биоактивностью по отношению к растениям, но, при этом не оказывающих существенного влияния на общее состояние почвенных экосистем «здоровье почв». Существенный пул работ в области исследования биоактивности гуминовых препаратов (ГП) по отношению к растениям и почвам свидетельствует о том, что ГП зачастую проявляют биоактивность по отношению к растениям и пролонгируют/усиливают плодородие почв при наличии неблагоприятных условий. Тем не менее, их эффекты на эко-системном уровне почв зачастую выявляют противоположное действие (стимуляцию одних видов организ-мов и существенное ингибирование других) вследствие чего целью данного проекта было выявление пат-тернов действия гуминовых препаратов различного происхождения в зависимости от их химического состава и дозы внесения с применением актуального математического аппарата и методов машинного обуче-ния. В ходе выполнения очередного этапа проекты был выполнен широкий круг исследований, относя-щийся как к получению экспериментальных данных в области биоактивности гуминовых препаратов по отношению к микробиому почв (по ферментативной активности), экотоксикологии препаратов (биотестиро-вание на высших растениях), а также в области обработки многомерных массивов данных. На данном этапе выполнения проекта был заложен длительный лабораторный эксперимент с внесе-нием различных ГП в дерново-подзолистые почвы в двух вариантах. В варианте А гуминовые препараты тестировались по их влиянию на ферментативную активность почв, в варианте Б сравнивался эффект различных гуминовых препаратов в неблагоприятных условиях недостатка влаги в почвах с проращиванием пшеницы. Дозы внесения препаратов были рассчитаны на основании начального содержания органическо-го вещества в дерново подзолистых почвах (Corg - 2.55%) и рекомендациями ЕС по оптимальному содержанию органического вещества в почве на уровне не менее 3.5% (EC, 2011). Таким образом все исследуемые варианты имели эквивалентное количество органического вещества, а наблюдаемые изменения могли быть связаны только с различиями в химической структуре/биодоступности гуминовых препаратов. Вариант А. Определяли активность фосфатазы, бета-глюкозидазы, уреазы и дегидрогеназы, метабо-лический активность почвенного сообщества по эмиссии диоксида углерода во временном интервале (еже-месячно) на протяжении 6 месяцев. Результаты, полученные биохимическими методами исследования, до-полнили результатами о содержании (C, N, C/N) в почвах после обработки ГП различного происхождения и с данными по масс-спектрометрии высокого разрешения для выявления корреляционных связей. Проведен-ный анализ показал, что внесение ГП даже в малых дозах существенно увеличивает содержание органического углерода в дерново-подзолистой почве, а также сдвигает соотношение C/N в зону более высоких зна-чений. Выявили некоторые паттерны воздействия ГП на активность ключевых ферментов в почве, в частно-сти, препараты характеризующиеся бо’льшим содержанием ароматических компонентов существенным образом усиливали активность почвенных фосфотаз и уреаз; тогда как химический состав препаратов не влиял на дегидрогеназы. Вариант Б. Сравнивался эффект различных гуминовых препаратов в неблагоприятных условиях (моделировали засуху) с проращиванием пшеницы. В данном эксперименте тестировали наиболее кон-трастные по химическому составу препараты, из исследованных (препарат, преимущественно состоящий из гуминовых кислот, фульвокислот и лигногумат). Результаты данного эксперимента вошли в публикацию в рамках участия в международной научно-практической конференции РУДН "Инновационные процессы в сельском хозяйстве", а также в специальном выпуске журнала Research on Crops (Скопус). В условиях мо-дельных экспериментов оценивали влияние засухи на рост пшеницы и ферментативную активность при трех уровнях полива: (1) контроль - отсутствие дефицита воды (70% удерживающей способность почвы, WHC); (2) мягкий стресс от засухи 50% WHC; (3) высокий стресс засухи (30% WHC). Оценивали ферментативную активность почв, связанную с циклами C, N и P, через 1, 7, 14 и 28 дней инкубации, а также оценивали рост корней и побегов пшеницы в тестируемых опытах. Зафиксировали ответ почвенной ферментативной систе-мы на дефицит влаги. При этом тестируемые гуминовые препараты существенным образом снижали стресс для ферментативной системы почв, так и для пшеницы. Для растений пшеницы абиотический стресс из-за ограниченной доступной влаги был успешно лимитирован органическими добавками только для 50% полива. Особый интерес в ходе выполнения проект вызвали вопросы перспективного выявления таргетных групп почвенных микромицетов и базидиомицетов, наиболее чувствительных к воздействию отдельных веществ из ГП, полученные с применением хемоинформатического подхода. Известно, что гуминовые вещества как природного, происхождения так и промышленного производства могут служить для восстанов-ления деградированных почв. Почвенные мицелиальные грибы участвуют в обороте ГВ. Изучение взаимо-действий между ГП и микромицетами способствует пониманию механизмов устойчивого функционирова-ние почв. На основании полученных масс-спектров (уникальным соединениям) с использованием базы данных о биоактивности органических веществ ChEMBL Database (www.ebi.ac.uk) проведен поиск организ-мов потенциально чувствительных к веществам, содержащимся в ГП был установлен круг почвенных орга-низмов (базидиомицетов и микромицетов) для которых внесение ГП может оказывать положительное воз-действие. В опытах по оценке экотоксичности препаратов были проведены работы по выявлению влияния ГП как стимуляторов роста растений, основанные на полностью автоматизированном методе фитотестирования ГП в прозрачных планшетах на твердом субстрате, считывании и обработки информации RGB камерой на протяжении всего опыта, вычислении фитоэффектов (количества проросших семян, энергии прорастания и длины корней растений) на основании полученных серий изображений алгоритмами, основанными на искусственном интеллекте (разработка исполнителей проекта), и поиске оптимальной концентрации методами Баессиан оптимизации. Первые скрининговые исследования пяти препаратов в различных дозах внесения показали, что: а) внедрение автоматизированного метода оценки фитоэффектов ГП существенно повлияли на точность и достоверность получаемых результатов, т.к. фактор человеческую ошибки и «усталости» при оценке фитоэффектов традиционным методом измерений в ручном режиме устранены; б) автоматизация подхода позволила увеличить количество параллельных испытаний, а компьютерные методы позволили анализировать динамику влияния ГП на растения в динамике; в) внедрение методов Баесовской оптимиза-ции в анализе данных позволило на основании серии опытов выявить наиболее оптимальные концентрации внесения ГП оказывающих наилучшее влияние на рост растений ранних стадий развития, при этом тестировали не «стандартную линейку разведений», а концентрации, назначенные алгоритмом на итерациях от начальной дозы. Результаты были направлены на конференцию общества экотоксикологов SETAC Dublin 2020, однако ввиду переноса конференции в заочный формат пришлось отказаться от участия, итоговые результаты и публикации будут подготовлены по окончании режима самоизоляции; в) был апробирован подход применения предсказательных моделей (метода опорных векторов, искусственных нейросетей) для прогнозирования фитоэффекта (длины корней растений) в зависимости от исходных показателей окружаю-щей среды ( характеристик почв и дозы поллютантов). Результаты были опубликованы в журнале Ecotoxicology and Environmental Safety, показана перспективность применения современных методов ма-шинного обучения для решения задач в области экотоксикологии. Данный подход, несомненно поможет решить вопрос оптимального внесения ГП в почвы с целью защиты посевов в дальнейшем.