Г. А. Шестакова, И. Н. Лыков, А. Б. Стрельцов научно-инновационная деятельность кафедры ботаники и экологии
Скачать 144.71 Kb.
|
| Г.А. Шестакова, И.Н. Лыков, А.Б. Стрельцов НАУЧНО-ИННОВАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КАФЕДРЫ БОТАНИКИ И ЭКОЛОГИИ Инновации в научных исследованиях, проводимых на кафедре, нашли выражение в методологическом принципе комплексного подхода к оценке качества среды физико-химическими и биоиндикационными методами, а также в использовании ГИС-технологий для организации и проведения биологического мониторинга на основе изучения стабильности экосистем. Получены новые данные о характере микробных процессов и образовании биогаза при хранении твердых бытовых отходов. Разработаны основные параметры биотехнологической переработки отходов при производстве пергамента. Проблема изучения влияния человека на качество окружающей среды возникла вместе с началом его производственной деятельности, но особенно остро ощущается в современный период, в связи с постоянным возрастанием её масштабов. Многогранность этой проблемы обусловила развитие множества научных направлений, ставящих целью изучение разных аспектов охраны среды обитания от антропогенного воздействия. Одним из таких направлений являются комплексные исследования, проводимые на кафедре ботаники и экологии на протяжении ряда лет. В настоящее время на кафедре работают три доктора наук, каждый из которых до прихода в Калужский государственный педагогический университет уже определился в своих научных интересах и предпочтениях. Однако, оказалось вполне возможным объединение этих интересов в кругу ряда аспектов проблемы исследования состояния и оценки качества окружающей среды. При этом поставленная цель придать исследованиям комплексный характер оказалась реально достижимой. Среди многих проблем охраны среды важное место занимают вопросы о естественном химическом составе её компонентов и его изменениях, в связи с загрязнением промышленными выбросами, как и влияние этих изменений на здоровье людей и состояние всех живых организмов. Основоположниками учения о распространении химических элементов и их роли в биосфере были В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, а затем ряд ученых из МГУ им. М.В. Ломоносова. В хронологическом порядке первые научные исследования на кафедре в этом плане были проведены в рамках научной школы профессора Г.А. Шестаковой. Они посвящены изучению биологической и токсической роли отдельных химических элементов и их миграции в природных средах. Это позволило описать одну из естественных биогеохимических провинций с недостатком йода и фтора в природных водах и пищевых продуктах и распространением заболеваний эндемическим зобом и кариесом зубов. Исследовано также загрязнение среды атмосферными выбросами предприятий цветной металлургии, в частности тяжелыми металлами, пути их миграции и влияние на живые организмы. В результате этих исследований была обоснована возможность образования и доказано наличие индустриальных биогеохимических провинций с аномальным содержанием тяжелых металлов во всех средах (воде, воздухе, почве) и соответствующими отклонениями в состоянии здоровья людей. Одна из таких провинций имеет площадь более 8 тыс. км2 и находится в Казахстане в районе действующих свинцово-цинковых и медеплавильных заводов (рис.1). В продолжение этих исследований в рамках созданной проблемной лаборатории ботаники, физиологии растений и микробиологии изучалось влияние тяжелых металлов на физиолого-биохимические процессы у растений и микроорганизмов, а также производилась оценка состояния растительности в фитоценозах. При этом использовались разнообразные методы исследования: физико-химические, геоботанические, флористические и биоиндикационные.  Рис. 1. Территория, загрязненная выбросами металлургических заводов (свинец, мг/кг почвы: 1 – от 500 до 5000, 2 – от 200 до 500, 3 – от 100 до 200, 4 – от 50 до 100, 5 – от 20 до 50). Обнаружены значительные отклонения в химическом составе, активности ферментов в растениях и, как следствие, ухудшение качества растительной продукции, выращенной на загрязненной тяжелыми металлами почве (рис.2).  Рис.2. Зависимость активности нитратредуктазы в листьях фасоли от концентрации кадмия в почве. Исследовано влияние рекреационной нагрузки и загрязнения почвы на стабильность развития растений и биоразнообразие в наземных и водных экосистемах (табл. 1 и 2). По заказу администрации г. Калуги проведено исследование состояния и инвентаризация древесной растительности на улицах города с целью дальнейшего мониторинга и управления озеленением. По результатам работы создана база данных и разработана компьютерная программа, которая позволяет в любой момент получить необходимые сведения о состоянии и месте нахождения каждого дерева на любой улице города (рис.3). Таблица 1 Влияние рекреации на видовой состав травянистых растений в пригородном лесу
Таблица 2 Стабильность развития растений-индикаторов в зависимости от загрязнения почвы тяжелыми металлами (ТМ)
По результатам работы защищено 8 кандидатских диссертаций, опубликовано 107 научных статей и 2 учебника (в соавторстве с И.Н. Лыковым). Дальнейшее развитие исследований по биоиндикации и биомониторингу качества среды с использованием ГИС-технологий связано с научной школой профессора А.Б. Стрельцова и работой возглавляемой им проблемной лаборатории биоиндикации. Основоположниками школы являются: Яблоков Алексей Владимирович, д.б.н., профессор, известный биолог-эволюционист и эколог, соратник Н.В. Тимофеева-Ресовского. Один их немногих, Российских экологов, чей авторитет признается во всем мире; Захаров Владимир Михайлович, д.б.н., член корреспондент РАН, президент центра экологической политики России, член Общественной палаты РФ, автор концепции стабильности развития живых организмов, положенной в основу деятельности многих проектов Лаборатории биоиндикации КГПУ. Основные научные результаты: Биомониторинг. Работы по созданию региональной системы биомониторинга начаты в 1996 году совместно с ЦЭПР на основе анализа флуктуирующей асимметрии и создания биоиндикационных карт с использованием ГИС-технологий. С 1998г. разработана и реализована (впервые в России) региональная система биологического мониторинга на основе анализа стабильности развития живых организмов и ежегодно по единой унифицированной программе в строго определенных точках ведутся мониторинговые работы (рис.4).
Рис. 3. Вид электронной карты древесных насаждений на улицах г. Калуги. Справа увеличенные фрагменты с видовым составом и данными о состоянии растений.  Рис.4. Трехуровневая система регионального биологического мониторинга. Каждый год создается биоиндикационная карта территории Калужской области с оценкой качества среды. Эта система постоянно функционирует благодаря заказам вначале государственных природоохранных структур (Госкомэкология, Росприроднадзор). Затем продолжение работ заказано Министерством природных ресурсов Калужской области и финансируется из областного бюджета. Работы, связанные с оценкой здоровья среды по здоровью детей. Эти работы заключались в выделении и пространственном анализе распределения детских экопатологий на территории города Калуги и области. В итоге по составленным картам можно оценивать качество окружающей среды – здоровье среды. Подобные исследования представляют существенный интерес для медицины и проводились в России впервые (рис.5).  Рис.5. Оценка качества среды на территории города Калуги по плотности распределения детских экопатологий. Работы в области ГИС. Географические информационные системы (ГИС) являются мощным инструментом комплексного анализа территорий. В лаборатории биоиндикации имеется существенный метод создания тематических карт и использования ГИС-технологий (рис. 6,7).  Рис. 6. Пример создания блока «Родники» для муниципальной ГИС-«экология». Рис.7. Пример использования данных о распространении редких и исчезающих видов в ГИС. Большинство проектов, выполненных лабораторией биоиндикации, поддержаны грантами РГНФ, а также Центра исследований международного развития (Торонто, Канада). В период с 1999г. по 2007г. сотрудниками Лаборатории опубликовано 82 научные работы. Принято участие в 28 международных, всероссийских и региональных научных конференциях. В 2007 году на базе КГПУ проведена региональная конференция «Здоровье среды». Научные успехи сотрудников Лаборатории отмечены победами в конкурсах на именные стипендии имени: Н.В.Тимофеева-Ресовского, А.Л.Чижевского и К.Э.Циолковского и на премии Городского головы и областного конкурса преподавателей ВУЗов (А.Б. Стрельцов, И.Н .Лыков). За время работы лаборатории биоиндикации, как основной структуры, объединяющей последователей научной школы по биоиндикации и биомониторингу, ее сотрудниками защищено 9 кандидатских и 1 докторская диссертация. Лаборатория биоиндикации дважды получала грамоты Городского Головы Калуги за ведение биологического мониторинга и подготовку специалистов в области охраны окружающей среды. Сотрудники лаборатории неоднократно награждались грамотами Губернатора Калужской области, Государственных природоохранных организаций, национального парка «Угра», школ г. Калуги. Е  жегодно Лаборатория проводит как минимум одну экспедицию по территории Калужской области. Кроме того, за пределы области организовано 5 экспедиций: Астраханская область – Богдинско-Баскунчакский заповедник, Кавказ (Сочинский национальный парк). За пределами России проведено 5 экспедиций: Камбоджа – 3 экспедиции (2004г, 2006г., 2007г.), Лаос – 2 экспедиции (2006г., 2007г.).Оценка качества среды, как известно, необходима для выработки конкретных мер по её охране и улучшению условий для жизнедеятельности человека и существования всех живых организмов. Важную роль при этом играют научные разработки, посвященные проблеме обезвреживания и переработки различных промышленных и бытовых отходов, загрязняющих окружающую среду. В рамках этой проблемы получило развитие научное направление, возглавляемое профессором И.Н. Лыковым, и являющееся продолжением работы научной школы, основанной Институтом медико-биологических проблем РАН. В связи с программами космических исследований и задачами оборонной промышленности проведены работы по обеспечению оптимального качества среды в автономных системах (орбитальных станциях, надводных и подводных кораблях). В частности, исследованы микробиологические основы обеззараживания, способы регенерации и консервации воды для использования в автономных системах (рис. 8,9). Еще одна серия исследований связана с необходимостью предупреждения коррозии металлов, вызываемой микроорганизмами. В итоге выполнения этих работ получено 6 авторских свидетельств и один патент на изобретение.  Рис.8. Установка для обеззараживания воды (1 – привод, 2 – дозатор, 3 – крышка, 4 - трубопровод, 5 – устройство барботажное,6 – фильтр, 7 – рама, 8 – реактор). Второй круг вопросов, разрешаемых в рамках этой научной школы силами сотрудников проблемной лаборатории биотехнологии, находится в области технологии переработки отходов. Совместно с Институтом биохимии и физиологии микроорганизмов РАН (г. Пущино) проведено исследование возможности использования отходов пергамента в биотехнологии получения технических ферментов. В ходе проведения исследований по деградации пергамента в глюкозу с помощью различных микроорганизмов были получены данные, представленные в таблице 3.  Рис.9. Аппарат для дезинфекции и консервации воды. Таблица 3 Глубина превращения пергаментных отходов под действием целлюлозолитических микроорганизмов
Экспериментально установлены наиболее эффективные формы и оптимальные соотношения ингредиентов питательной среды, а также оптимальные условия культивирования микроорганизмов и наиболее рациональное аппаратурное оформление. Разработаны технологические параметры проведения биотехнического процесса, которые позволяют осуществить проектирование ферментационной установки для дальнейшего получения ценных продуктов из бытовых и производственных целлюлозосодержащих отходов со значительным экономическим эффектом. Проведены также исследования микробиологических процессов, происходящих при длительном хранении твердых бытовых отходов на полигоне в г. Калуге, и разработаны основные параметры биотехнологии их переработки и получения биогаза. Работы в этом направлении поддержаны рядом грантов РФФИ и РГНФ, а их результаты обсуждались более, чем на 45 Всесоюзных и Международных конференциях. И.Н. Лыков награжден юбилейной медалью «60 лет Калужской области». В 2005 году ему присуждена премия им. К.Э. Циолковского за разработку эколого-экономического обоснования применения технологии микробиологической утилизации твердых бытовых отходов в антропоэкосистемах. Опубликовано 117 научных статей, 2 монографии, 2 учебника. Таким образом, деятельность научных школ на кафедре ботаники и экологии, при всем разнообразии разрабатываемых вопросов, объединена общей проблемой оценки качества окружающей среды и разработки способов его улучшения. На протяжении ряда лет в договорных работах и грантах принимают участие практически все преподаватели, сотрудники, аспиранты и студенты, специализирующиеся на кафедре, а многие публикации и выступления на научных конференциях являются совместными. Научные связи. Университеты: Московский государственный университет им М.В. Ломоносова, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Калужский филиал), Пущинский государственный университет, Воронежский государственный университет, Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия (Калужский филиал, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, биологический факультет, Обнинский государственный технический университет атомной энергетики. Научно-исследовательские институты: Зоологический институт РАН (договор о сотрудничестве), Институт биологии развития РАН, Институт географии РАН, Институт прикладной экологии Севера академии наук Республики Саха (Якутия), Институт физиологии и биохимии микроорганизмов РАН (г. Пущино), Научный Центр – Институт медико-биологических проблем РАН, НПО НИИХИММАШ. Заповедники и национальные парки: Государственный заповедник «Калужский засеки» (договор о сотрудничестве), Воронежский биосферный государственный заповедник (договор о сотрудничестве), Богдинско-Баскунчакский государственный заповедник (договор о сотрудничестве), Государственный природный заповедник «Костомукшский» (научные контакты), Национальный природный парк, биосферный резерват «Угра», (полевые практики), Национальный природный парк «Сочинский» (полевые практики, договор о сотрудничестве). Государственный военно-исторический и природный музей-заповедник «Куликово поле» (полевые практики, договор о сотрудничестве). Некоторые публикации.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа научно-практической конференции «Система непрерывного технологического... Научно-образовательный центр «Инновационная деятельность в непрерывном технологическом образовании» | | Рабочая программа дисциплины флора и фауна урала направление Программа одобрена на заседании кафедры ботаники, экологии и методики обучения биологии |
 | В рыночных условиях хозяйствования основной движущей силой экономического... В настоящее время инновационная деятельность российских предприятий характеризуется довольно низкими показателями. Доля наукоемкого... | | Ii районная научно-практическая конференция «Инновационная деятельность... Руководитель мо заместитель директора по увр директор мбоу «Лицей №9» г. Белгорода |
| Приложение 4 Качество подготовки специалистов Научно-практическая конференция учителей «Инновационная деятельность педагога» в рамках реализации национальной образовательной инициативы... | | Отчет 119 с., 8 рис., 9 табл., 33 источника. Ключевые слова Научно-образовательный комплекс, научно-инновационный проект, инвестиционный проект, интеллектуальная собственность, инновационная... |
| Семинар по теме «Формирование творческо-познавательного потенциала школьников» Научно-практическая конференция учителей «Инновационная деятельность педагога» в рамках реализации национальной образовательной инициативы... | | План научно-методической работы на 2013-2014 учебный год методическая тема школы «инновационная деятельность как составляющая системы работы с мотивированными детьми» |
| Дайджест сми свердловская область 18 24 мая 2013 Политика «Мундир... Научно-практическая конференция учителей «Инновационная деятельность педагога» в рамках реализации национальной образовательной инициативы... | | Темы рефератов и курсовых работ Инвестиции и инвестиционная деятельность корпорации. Инновационная деятельность корпорации |
| Педагогического опыта работы учителя Сборник Материалы VII международной научно-практической конференции «Инновационная деятельность в образовании» 23 апреля 2013 года... | | Программа подготовки: Экономика предприятий. Инвестиционная и инновационная... Программа подготовки: Экономика предприятий. Инвестиционная и инновационная деятельность предприятий (может быть несколько) |
| Реферат За отчетный период преподавателями кафедры научно-исследовательская... И. о декана факультета гуманитарных и ен дисциплин кандидат филологических наук доцент Бурко Н. В | | Реферат За отчетный период преподавателями кафедры научно-исследовательская... И. о декана факультета гуманитарных и ен дисциплин кандидат филологических наук доцент Бурко Н. В |
| Кукуев Михаил Александрович Уравнение состояния идеального газа.... Сборник Материалы VII международной научно-практической конференции «Инновационная деятельность в образовании» 23 апреля 2013 года... | | Название проекта Рассмотрено на заседании кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры, протокол № от 2011г |
