Экология высших водных растений

Тип:
Добавлен:

Введение

вода обитание гидрофит экосистема

В условиях современного экологического кризиса как никогда важным является вопрос о сохранении целостности окружающего мира. Она заключается в сложнейших взаимоотношениях организмов, влиянии на них факторов окружающей среды и их обратном воздействии на среду. Изучением этих явлений, где человек рассматривается как еще одно звено в цепи, занимается экология. В данной работе рассматривается связь экологии с другими биологическими науками, а именно с ботаникой.

При становлении ботаники как научной дисциплины ученые обращали внимание прежде всего на наземную растительность, водным растениям уделялось значительно меньше внимания, хотя водное пространство занимает на нашей планете почти в 2,5 раза большую площадь, чем суша. Причины этого кроются, видимо, в том, что человек в первую очередь обращал внимание на растительность суши, пригодную для его потребностей, просто не замечая растительный мир водоемов.

С углублением изучения флоры и растительности выделились дисциплины, изучающие высшие и низшие растения. Параллельно с геоботаникой развивалась и гидроботаника, являющаяся по существу экологией водных растений на физиологической основе (Gessner, 1995). [3]

Целью настоящей работы является ознакомление с общими вопросами экологии высших водных растений. Сюда входят несколько задач, а именно:

.Рассмотрение организации высшей водной растительности;

.Выявление особенностей адаптации к жизни в воде;

.Описание водной среды обитания и её факторов, определяющих развитие растений;

.Изучение роли в экосистемах и способов охраны водных растений.

1. Вода как среда обитания

Для растений, обитающих в океанах, морях, реках и пресноводных водоемах, вода не только необходимый экологический фактор, но и непосредственная среда обитания, в которой весь комплекс факторов складывается совсем по-иному, чем для сухопутных растений. [2]

.1 Освещенность

Интенсивность света в воде сильно ослаблена, поскольку часть падающей радиации отражается от поверхности воды, другая - поглощается ее толщей. Ослабление света связано с прозрачностью воды: так, в океанах с большой прозрачностью на глубину 140 м еще попадает около 1% радиации, а в небольших озерах с несколько замутненной водой уже на глубину 2 м - лишь десятые доли процента. Поскольку лучи разных участков солнечного спектра поглощаются водой неодинаково, с глубиной изменяется и спектральный состав света, ослабляются красные лучи, т.е. снижается доля ФАР. Световой день в воде короче (особенно в глубоких слоях), чем на суше.

Если растения, живущие (или имеющие листья) на поверхности воды, не испытывают недостатка света, то погруженные и тем более глубоководные относят к «теневой флоре». В связи с ослаблением света фотосинтез у погруженных растений резко снижается с увеличением глубины.

Глубоководные виды имеют ряд физиологических черт, свойственных теневым растениям; в их числе следует назвать низкую точку компенсации фотосинтеза (30-100 лк), «теневой» характер световой кривой фотосинтеза с низким плато насыщения. В то же время у поверхностных и плавающих форм эти кривые более «светового» типа. Считают, что выживанию глубоководного фитопланктона в зонах, где освещенность ниже точки компенсации, способствуют его периодические вертикальные перемещения в верхние зоны, где у планктонных растений идет интенсивный фотосинтез и пополнение запасов органических веществ.

.2 Наличие элементов питания

В воде кроме недостатка света растения могут испытывать и другое затруднение, существенное для фотосинтеза, - недостаток доступной СОг-

Углекислота поступает в воду в результате растворения СОг, содержащегося в воздухе, дыхания водных организмов, разложения органических остатков и высвобождения из карбонатов. Содержание С02 в воде колеблется в пределах 0,2-0,5 мл/л. При интенсивном фотосинтезе растений идет усиленное потребление С02 (ДО 0,2-0,3 мл/л в 1 ч), в связи с чем легко возникает ее дефицит. На увеличение содержания С02 в воде гидрофиты реагируют заметным повышением фотосинтеза. Дополнительным источником С02 для фотосинтеза водных растений может служить углекислота, выделяющаяся при разложении двууглекислых солей и переходе их в углекислые, например:

Са(НС08)2 - V СаС03 + С02 + Н20

Важный фактор в жизни водных растений - содержание в воде необходимого для дыхания кислорода. Он поступает в воду из воздуха и выделяется растениями при фотосинтезе. Обычные величины содержания 02 в верхних слоях воды 6-8 мл/л. При застойном режиме в небольших водоемах вода резко обедняется кислородом. Дефицит его может возникнуть и зимой подо льдом. При концентрации ниже 0,3-3,5 мл/л жизнь аэробов в воде невозможна.

Минеральные соли, необходимые для питания растений, содержатся в воде в очень небольших количествах по сравнению с почвенным раствором. Их запас пополняется при разложении растительных остатков и вымывании солей из грунтов. Соли поглощаются всей поверхностью погруженных растений или их частей. Более благоприятны условия снабжения минеральными солями для гидрофитов, укореняющихся в грунте. [4]

.3 Плотность среды

Вода отличается от воздуха большей плотностью, что отражается на строении тела гидрофитов. У наземных растений хорошо развиты механические ткани, обеспечивающие прочность стволов и стеблей; расположение механических и проводящих тканей по периферии стебля создает конструкцию «трубы», хорошо противостоящую, изломам и изгибам. У гидрофитов, напротив, механические ткани сильно редуцированы, поскольку растения поддерживаются самой водой. Механические элементы и проводящие пучки нередко сосредоточены в центре стебля или листового черешка, что придает способность изгибаться при движениях воды. Погруженные гидрофиты обладают хорошей плавучестью, которая создается как специальными приспособлениями (вздутия, воздушные мешки), так и увеличением поверхности тела.

Влияние движения воды (гидродинамический фактор) особенно сказывается на растениях, живущих в прибрежной (прибойной) полосе. Здесь их ткани приобретают механическую прочность.

.4 Температура

Температурный режим в воде отличается, во-первых, меньшим притоком тепла, во-вторых, большей стабильностью, чем на суше. Часть тепловой энергии, поступающей на поверхность воды, отражается, часть расходуется на испарение. Высокая теплота парообразования воды предотвращает сильное нагревание поверхности солнечными лучами. Из-за большой удельной теплоемкости воды нагревание и остывание идут медленно. Суточные и годовые колебания температуры меньше, чем на суше. Годовые амплитуды температуры в континентальных водоемах не более 30-35°С, в поверхностных слоях морей и океанов - 10-15°С, а в глубоких слоях их совсем нет. [4]

.5 Соленость

Для морских растений существенный фактор - соленость воды. Ее принято выражать в промилле (%о), показывающем содержание солей в граммах в 1 л воды. Соленость вод Мирового океана около 35% о, в окраинных морях значительно ниже. Если разность между концентрацией клеточного сока растений и окружающей морской воды велика (осмотический градиент), то существует опасность либо обезвоживания тканей, либо их избыточного обводнения. У растений концентрация соков и осмотическое давление обычно несколько выше, чем в окружающей морской воде, что обеспечивает тургор тканей. Избыточному обводнению противостоит механическое (тургорное) давление.

Морские и приморские растения, выносящие широкий диапазон колебания солености воды, называют эвригалинными, а приуроченные к определенному, более узкому диапазону - стеногалинными. Соответственно степени выносливости к концентрации солей в воде различают растения полигалинные (приспособленные к сильной засоленности) и олигогалинные (обитатели слабосолоноватых вод или прибрежной полосы). Промежуточная группа - мезогалинные растения. [2]

Таким образом, существует несколько отличительных особенностей водной среды обитания:

üВ водной среде колебания температуры в течение суток и года меньше, чем в наземно-воздушной. Это связано с тем, что вода, в отличие от воздуха, медленнее нагревается и охлаждается.

üВ водной среде света больше всего в верхних слоях.

üРастворенных в водной среде минеральных элементов питания и газов значительно меньше, чем в наземно-воздушной среде.

üВода имеет высокую плотность и вязкость воды. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности воздуха.

2. Адаптации растений к водной среде обитания

В конце XIX в. Е. Варминг выделил водные растения в отдельную экологическую группу гидрофитов. В широком смысле гидрофиты - это и водоросли, и высшие растения, которыми водная среда была основана вторично. Однако по традиции в группу гидрофитов объединяют макрофиты, т.е. высшие водные растения. Особенно разнообразной является пресноводная флора макрофитов. Г.И. Поплавская (1948) предложила подразделять их на несколько групп.

. Гидатофиты - полностью погруженные растения (над водой могут быть лишь цветки). Среди них различают: а) неукореняющиеся или взвешенные (пузырчатки - Utricularia, роголистники - Ceratophyllum и др) и б) укореняющиеся (водяные лютики - Batrachium, уруть - Myriophyllum spicatum, валлиснерия - Vallisneria spicata и др).

. Аэрогидатофиты - растения с плавающими листьями. В этой группе также можно выделить а) неукореняющиеся (водокрас, ряски и др.) и б) укореняющиеся (кувшинки, водяные лютики и рдесты)

. Собственно гидрофиты (гидрофиты в узком смысле) имеют листья, расположенные над водой. Они обычны по берегам водоемов (стрелолист, частуха, камыш озерный и др.). [1]

Для гидрофитов, испытывающих проблемы с газообменом, характерны листья с увеличенной поверхностью, часто сильно рассеченные. Нитевидные доли имеют «листья-жабры» роголистника, урути, пузырчатки, водных лютиков и др. Тесьмовидность листьев ряда водных растений увеличивает их поверхность и предохраняет их от повреждения текучей водой. А некоторые гидрофиты (рдесты, валлиснерия) имеют очень тонкие листовые пластинки. Предельно тонки листья элодеи - всего два слоя клеток.

Для гидрофитов характерно слабое развитие механических тканей, центральное положение которых в стебле обеспечивает эластичность и прочность в условиях постоянного изгибания текущей водой. В них развита система межклетников, обеспечивающих снабжение кислородом погруженных в воду органов. Кроме того, эти полости обеспечивают плавучесть стеблей и листьев.

Для многих гидрофитов характерно слабое развитие корневой системы, что связано со способностью всасывать воду всей поверхностью тела. Основная роль корней - закрепление растений в грунте, а насасывание ими растворов идет слабо. Поэтому элодея, например, может развивать корни, а может обходиться без них. Корневища некоторых гидрофитов (кувшинки, кубышки) играют роль запасающих органов и обеспечивают вегетативное размножение. [1]

Недостаток в водоемах минеральных веществ и света, затрудняющий фотосинтез, способствует возникновению растений-хищников, питающихся мелкими водными организмами. В России в олиготрофных водоемах имеются восемь видов пузырчаток и альдрованда. Пузырчатки получили свое название по ловчим пузырькам, имеющим «ротовое» отверстие с волосками и щетинками по краям. От верхнего края пузырька отходит эластичный клапан, выделяющий приманки для мелких животных (личинок насекомых, рачков, дафний, циклопов). Если жертва попала в пузырек, клапан захлопывается. Продукты пищеварения поглощаются всасывающими клетками. Альдрованда принадлежит к семейству Росянковые, которое насчитывает около 100 видов растений-хищников, растущих на болотах и в водоемах. Её ловчий аппарат - две полукруглые половинки листовой пластинки, в центре которой множество пищеварительных железок и чувствительных волосков. Микроскопические обитатели водоемов, задевая волоски, вызывают смыкание листьев-ловушек.

Гидрофиты могут накапливать в своем теле разные минеральные вещества, концентрация которых иногда в тысячи раз больше, чем в окружающей воде (например, элодея накапливает в клетках углекислый кальций). Такое избирательное накопление изменяет среду обитания (кислотность, солевой баланс) и может приводить к смене экосистем.

Для растений, жизнь которых связана с обводненными местообитаниями, характерна гидрохория - распространение плодов и семян с помощью воды. Кувшинки, виктория, эвриала имеют на семенах губчатые мешковидные выросты, играющие роль поплавком. Лишь после их разрушения семена опускаются на дно и прорастают. Крупные плавучие плоды и семена имеют многие обитатели тропических морских побережий и мангровых зарослей. Семена некоторых лютиков, растущих на болотах и в ручьях, имеют под эпидермой плавательный пояс из крупных опробковевших воздухоносных клеток. У болотных осок семя заключено в заполненные воздухом вздутые мешочки. У калужницы болотной семена приобретают плавучесть при разбухании. А плоды кокосовой пальмы содержат обеспечивающий плавучесть воздух и запас воды для зародыша, что позволяет им разноситься морскими течениями на тысячи километров, не теряя всхожести в течение месяцев.

Итак, высшие водные растения относят группе гидрофитов, которая в зависимости от способа произрастания подразделяется на три подгруппы (гидрофиты, гидатофиты, аэрогидатофиты).

К каждому абиотическому фактору среды обитания в ходе эволюционного процесса выработался ряд приспособлений, определяющих специфику рассматриваемых растений. [1]

3. Роль гидрофитов в экосистемах

.1 Высшие растения в системе водной экосистемы

Помимо абиотических факторов среды на состав и распределение гидрофитов не меньшее влияние оказывают взаимоотношения их с другими организмами водоема.

Высшие растения водоемов в той или иной степени служат пищей животным самого различного систематического положения, сюда относятся нематоды, брюхоногие моллюски, ракообразные; из насекомых - ногохвостки, поденки, жуки, двукрылые, ручейники и бабочки; из позвоночных - рыбы, птицы и млекопитающие.

При умеренном зарастании водоемов создаются благоприятные условия для развития фауны беспозвоночных, включающей характерные виды, проводящие среди растений начальные стадии развития или всю жизнь. Ряд животных использует заросли погруженных растений в период кладки яиц, нереста, откорма личинок, для убежища. Видовое разнообразие животного населения может быть весьма велико.

Водная растительность и фитопланктон как автотрофные организмы нуждаются в свете, углекислоте и т.д. Обычно гидрофиты и фитопланктон могут развиваться и наращивать фитомассу параллельно, не вступая в конкурентные отношения. Когда же интенсивность зарастания водоема увеличивается, высшая водная растительность подавляет развитие фитопланктона. Таким образом, погруженная водная растительность может быть использована для регуляции численности фитопланктона и борьбы с «цветением» воды. [3]

3.2 Роль гидрофитов в самоочищении водных объектов

Рост городов и развитие промышленности привели к повышению водопотребления и к увеличению сброса сточных вод. Особой формой загрязнения является эвтрофикация, т.е. загрязнение вод биогенными элементами. Способность высших водных растений к накоплению и использованию этих веществ (прежде всего фосфора и азота) делает их активными участниками процесса самоочищения природных вод.

Заросли высших водных растений могут служить барьером при поступлении в водоем рассеянных загрязнений, а также угнетающе влиять на сапрофитную микробиоту. В зарослях гидрофитов значительно увеличивается содержание растворенного кислорода, резко снижается количество солевого аммиака и нарастает азот нитритов.

Помимо хозяйственно-бытовых сточных вод в водоемы поступает значительное количество промышленных загрязнений. Это прежде всего нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества и др. Рассмотрим некоторые аспекты этой проблемы и роли в ней гидрофитов.

В присутствии высших водных растений разрушение нефтяных загрязнений происходит более интенсивно. Влияние различных видов нефти в небольших концентрациях сказывается в повышении яркости окраски, увеличения прироста и количества побегов. [3]

Накапливающая способность водных растений приводит к дезактивации и очищению вод и аккумулированию растениями тяжелых металлов, радиоактивных веществ, некоторых ядохимикатов. Что касается последних, то практическая ценность гидрофитов заключается также в их способности к разложению ядохимикатов на менее токсические компоненты и в конечном счете к обезвреживанию.

.Способность водных растений к накоплению, утилизации, трансформации многих веществ сточных вод - мощный фактор в общем процессе биологического самоочищения водоемовю

.Водные растения принимают активное участие в процессе биологической миграции, аккумуляции и рассеивании элементов в водной среде и донных отложениях.

.Накопление в воде, грунте и организмах конечных продуктов распада органических соединений, тяжелых металлов и т.д. создает реальную угрозу их токсического воздействия на организм человека и водные биоценозы. Своевременное удаление этих веществ из водоемов (уборка высших водных растений), предотвращение процесса антропогенной эвтрофикации и его последствий - одна из важнейших экологических задач.

Заключение

Рассмотрев организацию гидрофитов и их среды обитания, изучив их огромную роль в водных экосистемах, можно сделать вывод, что данная группа организмов заслуживает огромного внимания по нескольким причинам. Во-первых, гидрофиты - это организмы, вторично освоившие водную среду обитания и адаптировавшиеся к этой непростой среде. Во-вторых, высшие водные растения - продуценты водных экосистем, следовательно от их развития зависит морское и пресноводное биоразнообразие. В-третьих, с учетом ужасающего уровня антропогенного загрязнения вод, гидрофиты (как и многие другие организмы) находятся в опасности, но при умелом их применении могут быть одними из биологических очистителей сточных вод.

Следует отметить, что в области использования высших водных растений сделано еще весьма недостаточно.

Индустриальный век, характеризующийся бурным развитием промышленности, привел к значительным нарушениям гармонии в отношениях человека с окружающей средой. Выходом из этого положения является создание безотходного производства, новых схем сооружений и установок, возможности повторного или многократного использования воды в одной или нескольких отраслях промышленности. В идеале речь идет о создании замкнутого цикла, когда вода, используемая в промышленности, не будет сбрасываться в водоемы, вновь поступая в обращение.

Список использованной литературы

1.Афанасьева Н.Б., Березина Н.А. Экологические группы растений по отношению к водному режиму // Экология растений. М. 2009. С. 246-256.

2.Горышина Т.К. Экология водных растений // Экология растений. М. 1979.С. 143-154.

.Кокин К.А. Экология высших водных растений. Изд-во Моск. Ун-та. 1982. С. 1-129

.Образовательная сеть «Знание». Экология водных растений [Электронный ресурс] URL: http://myzooplanet.ru/rasteniya_765/ekologiya-vodnyih-rasteniy-11406

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.