ИРН AP23483830 Тема проекта «Экогидрологические детерминанты функционирования озер Западного Казахстана с точки зрения концепции форсайта»

Период реализации 2024-2026 гг.

Актуальность

Исследования, предлагаемые в рамках проекта, призваны дополнить имеющиеся знания о влиянии гидрологических условий на среду обитания гидробионтов. Озера Западного Казахстана в бассейне реки Жайык имеют в основном природную ценность, но еще не до конца изучены. Выбранная территория изобилует многочисленными водоемами, различающимися как по трофическому уровню, так и по солености, а некоторые из них представляют собой уникальные лимнологические системы и водно-болотные угодья. Несмотря на сходство генезиса и геоморфологического типа, для этих озер характерны совершенно разные картины гидрологических и гидрохимических отношений, обусловленная преобладанием антропогенных и природных факторов. Все водоемы имеют свои гидрологические и экологические особенности. Поэтому изучение функционирования отдельных компонентов биотопа и биоценоза требует проведения междисциплинарных исследований. Комплексными междисциплинарными натурными исследованиями с использованием методов ГИС-технологии будет дан прогноз изменения состояния озер региона в условиях современных климатических и антропогенных изменений. Будут определены показатели уровня антропогенной нагрузки, механизмов естественных процессов, величины и видов стрессовых воздействий, и экологическое здоровье озерных экосистем в целом. Будет создана многогранная экологическая модель функционирования экосистем озер Западного Казахстана.

Цель

Основной целью исследований является актуализация знаний о влиянии гидрологических условий, сложившихся в озерах Западного Казахстана, на функционирование этих экосистем с использованием инновационной методологии исследования.

Задачи проекта

- Анализ современного состояния и изменении в пространственном размещении озер на основе обработки космических снимков и картографических материалов;

- Изучение физико-химических свойств воды и донных отложений озер и основных питающих их рек;

- Секвенирование репрезентативной коллекции образцов ДНК, выделенных из различных водоемов, анализ разнообразия и поиск экологических факторов, ответственных за эволюцию водных сообществ (фокус из микробиологии и микологии). Определение структуры и функций.

- Фитосоциологическая характеристика погруженной, плавающей и подводной растительности и болотной растительности в береговой зоне озер.

- Анализ зависимости таксономической структуры планктона и бентоса от набора предикторов, полученных при исследовании озер. Оценка видовой структуры и функции пелагических и бентальных сообществ под влиянием комплекса абиотических факторов с использованием различных модельных методов анализа.

- Оценка современного состояния и перспектив использования видов рыб в озерах. Изучение рыбопродуктивности, видового состава, численного и полового соотношения видов. Определение структуры и функции.

- Количественная оценка значимости отдельных предикторов, влияющих на различные трофические уровни в исследуемых озерах, с использованием методов искусственного интеллекта (ИИ) (например, искусственных нейронных сетей, самоорганизующихся карт и т.д.).

- Создание многогранной экологической модели функционирования экосистем озер Западного Казахстана.

Ожидаемые результаты

По результатам научно-исследовательских работ будут анализированы данные современного состояния и изменении в пространственном размещении озер на основе обработки космических снимков и картографических материалов. будут изучены физико-химических свойств воды и донных отложений озер и основных питающих их рек. Секвенированы репрезентативные коллекции образцов ДНК, выделенных из различных водоемов Западного Казахстана, анализ разнообразия и поиск экологических факторов, ответственных за эволюцию водных сообществ (фокус из микробиологии и микологии) и будут определены структуры и функций. Будет дана фитосоциологическая характеристика погруженной, плавающей и подводной растительности и болотной растительности в береговой зоне озер. Будут анализированы зависимости таксономической структуры планктона и бентоса от набора предикторов, полученных при исследовании озер и будет дана оценка видовой структуры и функции пелагических и бентальных сообществ под влиянием комплекса абиотических факторов с использованием различных модельных методов анализа. Будут изучены рыбопродуктивнось, видовой состав, численные и половые соотношения видов и будет дана оценка современного состояния и перспектив использования видов рыб в озерах. Будет дана количественная оценка значимости отдельных предикторов, влияющих на различные трофические уровни в исследуемых озерах, с использованием методов искусственного интеллекта (ИИ) (например, искусственных нейронных сетей, самоорганизующихся карт и т.д.). будет создана многогранные экологические модели функционирования экосистем озер Западного Казахстана. Также будут опубликованы:

- не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 60 (шестидесяти) и не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО

- либо не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый) и (или) 2 (второй) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 70 (семидесяти)

- либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, индексируемом в Science Citation Index Expanded и входящем в 1 (первый) квартиль в базе Web of Science или имеющем процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 90 (девяносто).

Достигнутые результаты

Проведен анализ литературных данных и природных условий озер Западно-Казахстанской области.Озера-старицы (пойменные озера) характеризуются непродолжительным в геологическомплане периодом существования и в пойме реки Жайык всегда находятся на разных этапах развития. Они образовались в результате меандрирования и последующего спрямления русла реки Жайык. Следовательно, данный тип водных объектов можетбыть моделью для прогноза состояния озерныхэкосистем в процессе их формирования. Изучены 6 пойменных озер в пойме реки Жайык, две из которых (оз.Брусяное и оз. Прорва) расположены в степной зоне, две (оз. Глубинное и оз.Коловертное) в полупустынной зоне и две (оз. Карасу и оз. Жанама) в пустынной зоне. 4 озера расположены в правобережной части и 2 озера в левобережной части реки Жайык. Для оценки эвтрофирования из физических показателей применяется метод определения прозрачности воды. Прозрачность пойменных озер Глубинное, Жанама, Карасу, Коловертное, Брусяное находилась в пределах 30–40 см и только в озере Прорва достигала 200 см. Такие данные прозрачности воды позволяют первую группу водоемов классифицировать как мезотрофные с признаками эвтрофирования, вторую – как мезотрофные. Озеро-старица Глубинное (50°19'32.1"N 51°03'27.7"E) образована при меандре реки Жайык, площадь 2,2 га, небольшое и неглубокое озеро. Способ образования – остаток старого русла реки Жайык. Расположено в правобережной части р. Жайык, в Акжайыкском районе Западно-Казахстанской области. Озеро Прорва (51°14'42.6"N 51°30'57.6"E), площадью 5,5 га, относится к группе старичных (пойменных) озер, образовавшихся на месте старых русел реки Жайык, и ранее соединялось с озером Кочкар (Кошкар). Расположено в правобережной части р. Жайык, на землях города Уральска Западно-Казахстанской области. Озеро-старица Карасу (48°49'21.4"N 51°52'53.7"E), площадью 129 га, относится к классическим гидрогенных озерам, имеет серповидную форму. Расположено в левобережной части р. Жайык, в южной части Акжайыкского района Западно-Казахстанской области. Озеро-старица Жанама (48°53'48.8"N 51°53'43.6"E), площадью 107 га, относится к классическим гидрогенных озерам, имеет серповидную форму. Расположено в левобережной части р. Жайык, в южной части Акжайыкского района Западно-Казахстанской области. Озеро-старица Коловертное (50°35'52.7"N 51°06'48.2"E), площадью 19,2 га, относится к классическим гидрогенных озерам, имеет серповидную форму. Расположено в правобережной части р. Жайык, в Акжайыкском районе Западно-Казахстанской области. Озеро-старица Брусяное (51°21'22.9"N 51°50'50.5"E), площадью 0,65 га, относится к классическим гидрогенных озерам, имеет вытянутую форму. Расположено в правобережной части р. Жайык, районе Байтерек Западно-Казахстанской области.

Были установлены измерительные приборы для определения уровня влажности и атмосферного давления на водоемах.

Сделаны аэрофотоснимки водоемов с помощью квадрокоптера DJI Mavic3 FIy More Combo RB Uhit и составлены тематические карты. Анализ полученных данных показывает, что имеются некоторые общие тенденции в динамике состояния обследованных озер. До 2024 году из-за маловодного периода на реке Жайык в некоторых пойменных озерах наблюдалось снижение уровня воды, сокращение площади водного зеркала, зарастание от берегов, наступление пояса прибрежных гигрофитов. В пойменных озерах, имеющих сток и питание грунтовыми водами, отмечалась относительная стабильность по гидроботаническим и физико-химическим показателям. С 2024 года река Жайык входит в многоводный период, в этом году наблюдался обильный паводок, пойменные озера наполнились водой. Продолжительное паводковое затопление поймы реки Жайык в весенне-летний период привело к влагонасыщению верхних горизонтов почвы в пойме, повышению уровня залегания грунтовых вод. Почвогрунты в пойме реки Жайык пропитались паводковой водой и объем грунтовых вод увеличился. Наполненные весной пойменные озёра поддерживают реку в межень и обеспечивают приемлемый для экосистемы поймы уровень грунтовых вод. Эволюция пойменных озер предсказуема, возможно постепенное медленное угасание в результате эвтрофикации и зарастания. Но скорость и сценарий зарастания зависят от определенных погодных и гидрологических условий.

Начаты работы по определению изменчивости морфометрических характеристик озер. Начаты работы по подготовке цифровых моделейрельефа. Собраны исходные данные для создания цифровой модели рельефа. Проведен отбор опорных точек с известными координатами. Отобраны основные морфометрические параметры озер, по которым будет дана оценка их изменчивости: длина водного зеркала, ширина максимальная и средняя, максимальная глубина, длина береговой линии, развитие (изрезанность) береговой линии, площадь водного зеркала и приблизительный объем водной массы.Начата проведение гидрологических измерении расхода воды в озерах и составлениясводных балансов.Водный баланс пойменных озер имеют характерную особенность. В половодье за счет притока поверхностных вод (горизонт) уровень воды в озерах повышается на 0,5—3 м. Однако в течение ближайших 2—5 недель он устанавливается на отметке, близкой к меженной. Потери от испарения за этот период не превышают 0,1—0,2 м даже в наиболее сухие годы. Следовательно, понижение уровня воды в озерах происходит за счет разгрузки аккумулированных талых вод в водоносные горизонты, питающие озера в межень, что обусловлено временным, более низким относительно уровня воды в озере, положением водоносных горизонтов. Таким образом, весной устанавливается обратный отток воды из озера в водоносные горизонты и окружающие его толщи.

Для изучения физико-химических свойств донных отложений в озерах и крупных притоках были отобраны пробы донного грунта в следующих озерах Западно-Казахстанской области: Глубинное, Коловертное, Прорва, Брусяное, Жанама (станция Чумный), Карасу в трех створах каждое.Качественная характеристика донного грунта включала в себя определение следующих показателей: рН водной вытяжки, катионно-анионнный состав водной вытяжки (ионы кальция и магний, ионы хлорида, ионы бикарбоната, сульфат-ионы, нитрат-ионы), влажность, органическое вещество, подвижные соединения фосфора.

Скорости течения в межень на плесах равны 0,25–0,60 м/сек. Уменьшающиеся вниз по течению где скорость составляет 0,15–0,30 м/сек.Берега с высокими обрывами и песчаными отмелями. Высота берегов от 5–8 метров в верхней части до 4–5 метров в низовьях. В местах, где берега совпадают с уступами террас или коренными берегами долины, высота берега реки достигает 10–20 метров.Средняя скорость течения в межень составляет 4—5 км/ч, а в по¬ловодье — до 10 км/ч.Больших глубин на реке Жайык нет. Обычно плесы имеют глубину 3—4 м, ямы — 6—8 м. В среднем течении русло реки выложено— гравийно-галечными и песчаными отложениями, в нижнем — почти исключительно песками. Оба берега реки окружены высокими обрывами — ярами. Особенно много их по правому берегу.

Одной из задач исследования является анализ гидрохимического режима в следующих озёрах и крупных притоках Западно-Казахстанской области: Глубинное, Коловертное, Прорва, Брусяное, Жанама, Карасу в трех створах каждое.Лабораторный анализ проводился в испытательной лаборатории экологии и биогеохимии и были определены:гидрофизические показатели (цветность, pH воды), катионно-анионный состав (кальций, магний, натрий, калий, гидрокарбонаты, карбонаты, железо), биогенные соединения (аммонийный азот, нитриты, нитраты, фосфор фосфатов), жесткость, общая щелочность, перманганатная окилсяемость и сухой остаток.

Гидробиологические пробы отобраны в летне-осенний период 2024 г., из пойменных озер реки Жайык: Брусяное(51°21'22.90 с.ш., 51°50'50.51в.д.) Прорва (51°14'42.60 с.ш., 51°30'57.60в.д.) Коловертное (50°35'52.73с.ш., 51°06'48.23в.д.) Глубинное (50°19'32.1с.ш., 051°03'27.7в.д.), Жанама (48°53'48.77с.ш., 51°53'43.61в.д.) и Карасу (48°49'21.40с.ш., 51°52'53.73в.д.). Исследованныеозер находилисьна разных географических зонах. Всего с вышеуказанных водоемов было отобрано 72 пробы макрозообентоса и зоопланктона.В пробах макрозообентоса отмечены 28 таксонов относящихся к малощетинковыми червям, ракообразным, брюхоногими моллюскам и насекомам. Из обнаруженных донных организмов наибольшее таксономическое разнообразие продемонстрировали представители насекомых, включая отряды Diptera (11 таксонов), Heteroptera (4 таксона), Gastropoda и Ephemeroptera (по 3 таксона). Среди отряда Diptera наибольшим видовым разнообразием отличались хирономиды, к которому относились все 11 таксонов данного отряда.В составе зоопланктона исследованных вод идентифицировано виды зоопланктона, относящимся к 3 основным таксономическим группам Rotifera , Cladocera, Copepoda.

Для проведения анализа микробиологического состава озера 1 Брусяное (с.ш., 51°21'22.90 в.д. 51°50'50.51), 2 Глубинное(с.ш. 50°19'32.1", в.д.051°03'27.7") и Карасу (с.ш. 48°49'21.40", в.д. 51°52'53.73"), были отобраны 36 образцов, 18 в летний период, 18 в осенний период с трех точек с поверхности и глубины. Пробы для микробиологического анализа отбирались на целлюлозно-ацетатные мембраны диаметром 25 мм (lot 7049915).

Фитосоциологическая характеристика растительности в береговой зоне озера представляет собой многогранный процесс, где различные типы растений играют важную роль в экосистеме водоемов. Каждая группа (погруженная, плавающая, подводная, болотная) имеет свои особенности в зависимости от условий среды и уровня воды, влияя на водные экосистемы. Для изучения фитосоциологической характеристики растительности в озерах и крупных притоках были описаны фитоценозы следующих озер Западно-Казахстанской области: в степной зоне - Прорва, Брусяное, полупустынной - Глубинное, Коловертное и пустынной - Жанама, Карасу, в пойменной части р. Урал. Видовое разнообразие и богатство растительности характерно для озер Прорва и Брусяное, с преобладанием формации Ceratophyllum demersum, Cyperus lacustris, Lemna tresulca, L. minor, Alisma plantago-aquatica и др. Гидрофитная формация с преобладанием Polygonum avicularia, Ceratophyllum demersum характерна для озер Глубинное и Коловертное. Для растительности озер Жанама и Карасу характерно моноформации с Polygonum avicularia.

Анализ химического состава макрофитов в озерах и крупных притоках, включая корневую, стеблевую и листовую зоны, позволяет понять, как эти растения взаимодействуют с окружающей средой, а также выявить, какие вещества накапливаются в разных частях растения в зависимости от их функции и воздействия экологических факторов. Разделение на корневую, стеблевую и листовую зоны важно, потому что каждая из этих частей растения имеет свою роль в поглощении питательных веществ и элементов из воды и грунта, а также в обменных процессах. В данный момент идет пробоподготовка образцов растений макрофитов к ахимическому анализу.

Отобраны ихтиологические пробы в следующих озерах Западно-Казахстанской области: Брусяное, Прорва, Коловертное, Глубинное, Жанама и Карасу. В результате научно-исследовательских ловов определен видовой состав ихтиофауны озер ЗКО, который характеризовался следующими видами рыб: щука,судак,сазан, окунь, линь, лещ, карась и сом. Возрастной состав рыб находился в пределах от 2 до 5 лет, в половом составе преобладают самки.

Исследовательская группа

Сергалиев Нурлан Хабибуллович – руководитель проекта, кандидат биологических наук, профессор,

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55982921900).

Researcher ID, (P-7274-2017)

ORCID (http://orcid.org/0000-0003-3527-9593)

Email.: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Кристиан Оболевски Тадеуш – научный консультант, PhD, профессор

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=8918510100).

Researcher ID (DYB-3352-2022)

ORCID (https://orcid.org/0000-0001-9361-0286)

Ахмеденов Кажмурат Максутович – старший научный сотрудник, кандидат географических наук, профессор,

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55022862400).

Researcher ID, (O-7726-2017)

ORCID (http://orcid.org/0000-0001-7294-0913)

Какишев Мурат Галиханович – старший научный, PhD.

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55693811900).

Researcher ID, (AR-6321-2020)

ORCID (http://orcid.org/0000-0002-4601-4921)

Сарманов Айбек Ертлеуович – научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=58065685300).

Researcher ID, (HKE-0868-2023)

ORCID (https://orcid.org/0000-0002-3647-2347)

Султанов Ержан Сахыпжанович – научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=59482962100).

Researcher ID, (LZP-2103-2025)

ORCID (https://orcid.org/0009-0004-6218-8739)

Бакиев Серик Самигуллович – младший научный сотрудник, магистр сельскохозяйственных наук.

Scopus Author ID, (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57214922444).

Researcher ID, (AAM-9369-2020)

ORCID https://orcid.org/0000-0001-5095-6869

Сарсенова Бибигул Балгабаевна, научный сотрудник кандидат биологических наук, доцент, доцент

Кунашева Зарипа Хайроллиевна, научный сотрудник, кандидат химических наук,

Публикации:

Sarmanov, A., Matela, M., Sultanov, Y., Sergaliyev, N., & Obolewski, K. Salinisation effects on benthic invertebrate assemblages in shallow lakes in arid and semiarid climate zones //Scientific Reports. – 2024. – Т. 14. – №. 1. – С. 30622.

ИРН AP23483830 Тема проекта «Экогидрологические детерминанты функционирования озер Западного Казахстана с точки зрения концепции форсайта»

Наш адрес

Будь на связи