Особенности химического состава воды озера Эбейты Омской области и характеристика почвенного покрова

Оригинальная статья / Original article УДК: (556.551+631.42)(571.13)

Солёные озёра встречаются на всей территории России. Преимущественно бессточные, поэтому в условиях засушливого климата в них накапливаются соли. Под действием различных факторов, особенно климатических условий, концентрация веществ в озерах изменяется [1, 2, 3]. В засушливые годы озера пересыхают, оставляя на поверхности солевые отложения, часто в виде корки, но в условиях достаточного увлажнения вновь наполняются водой, и концентрация солей снижается [5, 6, 7]. Из соленых озер наиболее распространены мелководные степные, в основном пересыхающие летом, содержащие лечебные и косметические грязи [8].По степени минерализации озера делятся на пресные, содержащие до 1 г/л растворенных веществ, солоноватые, содержащие 1-10 г/л солей, соленые (10-50 г/л) и рассолы (свыше 50 г/л) [9]. Способы образования солёных озёр различные. Из списка самых популярных соленых озер страны озеро Эбейты Омской области расположено на 15 месте [10, 11, 12]. Это самое крупное солёное озеро Омской области. Размеры озера и глубина зависят от количества осадков и времени года. С 1979 года водоём объявлен природным памятником (государственным природным заказником регионального значения).

Озеро бессточное, горько-солёное, находится на высоте 54 м над уровнем моря.По площади водного зеркала Эбейты – 3-е озеро Омской области (после озёр Салтаим и Тенис) и 127 -е озеро России [13]. Геоморфологически территория озера Эбейты входит в состав Ишим-Иртышского структурно-геоморфологического эрозионно-аккумулятивного района, бассейновый округ Иртышский [4, 11, 14].

Первые упоминания озера Эбейты в литературных источниках появляются в 1887 году профессором Шмидтом.Геологические исследования озера ведутся с 1928 года, поэтому оно неплохо изучено. Однако в настоящее время экологическая ситуация в котловине озера Эбейты является переходной от критической к катастрофической. Наблюдается обмеление озера и повышение его минерализации, поэтому проведение мониторинговых исследований за изменением химического состава воды представляет научный интерес [15, 16].

Цель исследования – изучить особенности химического состава воды озера Эбейты за годы исследований (данные 2011, 2019 , 2022 и 2023 гг.) и почвенного покрова.

Материал и методы проведения исследований

Озеро Эбейты относится к лесостепной части юга Западной Сибири, является замкнутым водо-емом,месторождением лечебных грязей и местом обитания популяции рачков Artemiа Salina L. и их цист, которые используют в медицинских и сельскохозяйственных целях [14, 17, 18].

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения и мониторинга за эколого-геохимическим состоянием озера Эбейты, являющегося месторождением минеральных солей и памятником природы.

Образцы воды отбирали из озера в июле меся-це.Отбор проб воды проводился в дневное время суток,с определением химического состава воды (общей щелочности, хлорид-ионов, сульфат-ионов, кальция и магния – титриметрическим методом, натрия – пламенно-фотометрическим методом, сухой остаток – гравиметрическим, реакция среды - потенциометрическим методом).

До сих пор нет полной ясности в вопросе происхождения озера Эбейты. По мнению одних, котловина озера – это переуглубленный участок крупной долины (ложбины) стока, огибающей Казахский мел-косопочник и проходящей через Тургайский прогиб к Аральскому морю [17].

Другие считают происхождение озера – эоловодефляционным, когда при интенсивном солевом выветривании шло разрыхление поверхностного слоя. Многие придерживаются идеи тектонического фактора и связывают происхождение котловины озера, с тектоническими подвижками, которые неоднократно происходили в неогеновое время на протяжении четвертичного периода в зоне сочленения двух крупных структур – Приказахстанской моноклинали и Омской впадины [17].

Большая мощность четвертичных осадков, заполняющих озерную котловину, свидетельствует о том, что процессы дефляции и солевого выветривания имели место в больших масштабах в эоплейстоцене и начале неоплейстоцена,а в среднем и верхнем неоплейстоцене,когда шло отложение осадков карасукской свиты, интенсивность этих процессов резко сократилась. С началом верхнечетвертичного времени началось медленное прогибание поверхности озерной котловины [17].

Для анализа геоморфологических условий Эбейтинской котловины применялись спутниковые данные космического аппарата Landsat, обрабатываемые в программном комплексе Q GIS. Высота прибрежной территории варьирует от 113 м до 134 м.Водная гладь озера находится на высоте около 50 м.

Результаты исследований

За последние 10-летие объемы соленых озер и их качественная характеристика претерпела сильные изменения. Ежегодно соленые озера сильно уменьшаются в размерах в связи с влиянием погодных условий и засушливостью. Площадь водного зеркала непостоянна (рис. 1).

При проведении рестроспективного анализа на основе спутниковых данных за 10 лет (космического аппарата Landsat 7 ) установлено, что водная гладь озера сократилась в среднем на 1000 гектар.

В отобранных образцах из озера (июль 2011, 2019, 2022 и 2023 годы), изучен химический солевой состав,определен тип засоления озера и формула химического состава. Мониторинг показателей химического состава воды озера Эбейты представлен в таблицах 1-3.

Рис. 1. Анализ рельефа территории Эбейтинской котлови ны в программном комплексе QGIS (а - спутниковое изобра жение; б – рельеф построенный на основе данных «Shuttle Radar Topography Mission» глобальная миссия NASA по изучению рельефа Земли)

Fig. 1. Analysis of the relief of the territory of the Ebeyta Basin in the QGIS software package (a - satellite image; b - relief constructed based on data from the Shuttle Radar Topography Mission, NASA’s global mission to study the Earth’s relief)

Рис. 2. Параметры связи минерализации от площади озера Эбейты

Fig. 2 Parameters of the relationship between mineralization and the area of Lake Ebeyty на площади водосбора, в донных отложениях, что указывает на ухудшение экологической ситуации. По данным космического аппарата Landsat 7 была выявлена связь минерализации по годам исследования от снижения площади водной глади озера. С начала 2011 года по 2019 год площадь озера сократилась на 150 га, что соответствовало увеличению минерализации на 26,3 г/л. В дальнейших годах исследования отмечалась высокая засушливость и снижение водной глади на 450 га в 2022 году по сравнению с 2019 годом (+42,2 г/л). В 2023 году водная гладь озера уменьшилась на 650 га по отношению к 2022 году исследования, что повлияло повышение минерализации на 72 г/л. Наглядная зависимость увеличения минерализации озера Эбейты от уменьшения площади водной глади отражена в достоверной связи (рис. 2).

Таблица 1. Результаты химического анализа воды озера Эбейты в годы проведения исследований Table 1. Results of chemical analysis of Lake Ebeyty water during the years of research

Год проведения исследования	рH	Жесткость общая, мг-экв/л	Жесткость карбонатная, мг-экв/л	Окисляемость О2, мг/л	Минерализация, мг/л
2011	8,15	427,50	9,96	53,04	128054
2019	7,29	309,0	20,4	80,0	154341
2022	7,95	470,0	17,9	208,0	196528
2023	8,04	654	17,2	150,4	268691

Из таблицы 1 видно, что реакция среды в озере щелочная, однако необходимо отметить снижение показателя до слабощелочной реакции в 2019 и 2023 годах.

Согласно проведённым исследованиям, вода в озере является очень жёсткой, с максимальным значением в 2023 году. Показатель жесткости связан с высоким содержанием в первую очередь ионов кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Также источником этих ионов могут служить микробиологические процессы, протекающие в почвах

Перманганатная окисляемость является удобным показателем, с помощью которого можно комплексно оценить степень загрязнения жидкости бактериями. В годы проведения исследований окисляемость водоема увеличилась от 2011 к 2022 году (максимальное значение 208,0 мгО 2 /л в 2022 году), что указывает на очень высокое содержание органических веществ в воде, в 2023 году значение окисляемости снизилось до 150,4 мгО 2 /л.

Минерализация высокая и вода соответствует рассолу, показатель постепенно увеличивался от 2011 к 2022 году и резко возрос в 2023 году. Геохимический состав воды за годы проведения исследований представлен в таблице 2.

Соотношение ионов в воде указывает на тип засоления. В 2011 и 2022 годах из анионов преобладают хло-

Таблица 2. Содержание основных ионов в воде озера Эбейты, мг*экв/л Table 2. Content of main ions in the water of Lake Ebeyty, mg*eq/l

Год	Cl -	SO42-	HCO3-	CO22-	Na++K+	Mg2+	Ca2+	Fe3+2+*	NO3-*
2011	2125,5	106,46	9,96	1,12	1815,54	402,50	25,0	0,14	3,4
2019	1178,03	1223,96	20,4	0	2113,39	287,0	22,0	1,35	10,0
2022	2250,38	962,13	0	2,0	2760,11	444,0	26,0	0,2	0,9
2023	1819,01	2354,38	17,2	0	3536,59	554,0	100,0	0,29	1,5

*мг/л

Таблица 3. Формула химического состава и оценка воды озера Эбейты в годы исследований

Table 3. Formula of the chemical composition and assessment of the water of Lake Ebeyty during the years of research

Год исследования Формула химического состава Оценка воды 2011 __Cl 94,8 SO4 4,7 HCO3 0,4 М=128,0 Na+K 80,9 Mg 18,0 Са 1,1 Хлоридная натриевая 2019 SO4 50,5 Cl 48,6 М=154,3 Na+K 87,2 Mg 11,8 Хлоридно-сульфатная натриевая 2022 Cl 69,7SO4 29,8 М=196,5 Na+K 85,4 Mg 13,7 Сульфатно-хлоридная натриевая 2023 SO4 56,2 Cl 43,4 М=268,7 Na+K 84,4 Mg 13,2 Хлоридно-сульфатная натриевая риды, в 2019 и 2023 годах больше в составе воды сульфатов, что повлияло на изменение типа засоления.

Западно-Сибирский артезианский бассейн – это крупнейшая в мире артезианская область (или один из крупнейших артезианских бассейнов) [2]. Расположена преимущественно в России (Tюменская, Oмская, Cвердловская, Челябинская, Hовосибирская, Tомская области, Kрасноярский край), крайняя южная часть – в Казахстане. Площадь более 3 млн. км2. B тектоническом отношении приурочена к ЗападноСибирской платформе [2]. B строении области выделяют 2 гидрогеологических этажа, разделённых региональным водоупором мел-палеогенового возраста. Bepxний гидрогеологический этаж с глубиной залегания подземных вод от 1–2 м до 15–20 м и более. Состав воды с минерализацией менее 1,0 г/л представлен гидрокарбонатами и карбонатами натрия в зоне континентального засоления (на юге) и на участках затруднённого питания межпластовых вод минерализация возрастает до 3,0–10 г/л, на участках интенсивного испарения грунтовых вод до 50–100 г/л и более, с преобладанием хлоридов [15, 16]. Зона континентального засоления является важнейшей особенностью этой зоны с превышением величины испарения над количеством осадков. Оценка воды по формулам химического анализа представлена в таблице 3. По качеству засоления вода характеризуется как хлоридная натриевая в 2011 году. По истечении десяти лет вода оценивалась в диапазоне от хлоридно-сульфатной натриевой до сульфатно-хлоридной натриевой и в 2023 году хлоридно-сульфат-ная натриевая.

Несмотря на высокую минерализацию, озеро Эбейты отличается разнообразием своей растительности. На его берегах и мелководьях произрастают различные солелюбивые виды: солерос, сведа, лебеда. Особый интерес представляют реликтовые растения, сохранившиеся на данной территории с доледникового периода, а за счёт сильного засоления котловины здесь встречаются растительные сообщества, имеющиеся галофитами. Типичными галофитами заказника являются: солерос европейский, сведа рожконосная, сведа заострённая, таблица 4.

Таблица 4. Характеристика произрастающих растений вблизи озера Эбейты Table 4. Characteristics of plants growing near Lake Ebeyty

Название	Латинская аббревиатура	Использование
Солерос европейский	Salicornia europaea	Используется в онкологии как средство замедления злокачественных опухолей и грануляций
Сведа рожконосная	Suaeda corniculata	Корм для верблюдов, овец, коз. Сырье для получения соды и поташа.
Сведа заострённая	Suaeda acuminata	Индикатор сильнозасоленных к поверхности почв
Овсяница ложноовечья	Festuca ovina	Озеленение и благоустройство территории. Рекультивация нарушенных земель
Ковыль волосатик	Stipa capillata	Весной листья как корм для лошадей что приводит к увеличению качества кумыса, удоев и качеству молока
Солонечник двуцветковый	Galatella biflora	Внесен в красную книгу Тамбовской области. Декоративное растение
Лебеда	Atriplex	Общеукрепляющее витаминное средство

Рис. 3. Солеросы – типичные растения-галофиты на солончаках

Fig. 3. Soleros – typical halophytic plants on salt marshes

Наиболее часто встречаются: овсяница ложноовечья, ковыль волосатик, солонечник двуцветковый. Уникальная растительность озера Эбейты является одним из главных богатств этого региона (рис. 3).

Соленые озера, в том числе озеро Эбейты оказывают большое влияние на почвенный покров. Вокруг

Рис. 4. Расположение полуям на юго-восточном берегу озера Эбейты по данным космического аппарата Landsat 7 Fig. 4. Location of hollows on the southeastern shore of Lake Ebeyty according to Landsat 7 spacecraft data

Полуяма 1. Координаты привязки: N 54,60262°, E 71,79453°, h 60 м.

Вскипание от HCl с поверхности. Оглеение с 15 см.

Горизонт, глубина, см

Морфологические признаки

Sa --------- см

1–5

Аск --------- см

5 – 15

В1 ------------ см ск 10 см

15 – 41

В2скg  2---6------ см

41 – 51В3скg -----1---0  см

Солевая корка.

Свежий, уплотненный, бурый, неоднородный, с белесым оттенком, тяжелосуглинистый, бесструктурный, новообразования СаСО3 в форме пропитки, легкорастворимые соли. Переход в гор. B1ск постепенный по цвету.

Влажный, уплотненный, бурый, неоднородный, с белесыми пятнами, легкоглинистый, бесструктурный, новообразования

СаСО3 в форме пропитки, легкорастворимые соли. Переход в гор. В2скg ясный по цвету.

Влажный, плотный, светло-бурый, неоднородный, с серыми затеками и охристыми пятнами, легкоглинистый, бесструктурный, новообразования СаСО₃ в форме пропитки, легкорастворимые соли, Fe₂O₃. Переход в гор. В_3ск g постепенный по цвету.

Влажный, плотный, темно-бурый, неоднородный, с охристыми и оливковыми пятнами, легкоглинистый, бесструктурный, новообразования СаСО3 в форме пропитки, легкорастворимые соли, FeO, Fe2O3.