Вода как экологический фактор. Типы растений по отношению к воде

Вода  как экологический  фактор. Типы растений по отношению к  воде.

Введение.

Вода — важнейший  экологический фактор для всего  живого на земле. Для процессов обмена веществ со средой, составляющих основу жизни, необходимо участие воды в  качестве растворителя и метаболита. Так у растений вода участвует  в реакциях фотосинтеза, минеральные  соли поступают в растения из почвы  только в виде водных растворов. Вода — главная составная часть  тела растений. Даже находясь в анабиозе, растения содержат воду. Особая роль воды наземных растений заключается в  постоянном пополнении больших трат ее на испарение в связи с развитием  большой фотосинтезирующей поверхности. Вода, обуславливая необходимое тургорное давление, определенным образом участвует и в поддержании формы наземных растений как организмов не имеющих опорного скелета. Также для большой группы растений, живущих в водоемах, морях и океанах, вода является непосредственной средой обитания.

Тело растения на 50-90% состоит из воды.

Особенно богата водой цитоплазма (85—90%), много ее и в оргагнеллах клетки. Весьма богаты водой сочные плоды, Тлягкая листва, корни; однако семена, особенно маслянистые, могут содержать незначительные количества воды. Вода имеет первостепенное значение в жизни растений. Все биохимические процессы растения протекают в водной среде. Растворяя почти все питательные вещества вода служит и транспортным средством для них. Процессы водоснабжения растений, тесно связанные с местообитанием - одна из центральных проблем экологии. Уже незначительные колебания водообеспечения и могут иметь далеко идущие последствия и вызывают заметные изменения в растительном покрове. Вода играет непосредственную роль в обеспечении роста растений, являющегося функцией растяжения клеток. Тургорное давление, производимое изнутри на молодые оболочки клеток водой, вызывает их растяжение, пока они еще не эластичны.

Это способствует увеличению размера клетки. Поэтому  сухость замедляет рост, так как  клетка полностью не растягивается. С уменьшением пластичности оболочки (при отложении целлюлозы) полного  увеличения размера клетки не происходит даже при достаточном обеспечении  растения водой. Днем в период недостатка воды стебли растений имеют меньший  диаметр, чем ночью, что обусловлено  разницей в тургоре. Поэтому рост надземных частей происходит главным  образом ночью, когда уменьшается  отдача воды через транспирацию и  восстанавливается тургесценция. Наиболее чувствительным показателем обеспечения водой растения является продукция сухого вещества. Обеспечение водой накладывает глубокий отпечаток на внешнюю морфологию растений, их анатомическую структуру, положение растения в сообществе, зональное расчленение растительного покрова.

Но для растения важно не только количество воды, поступающее  в его распоряжение, но также и  ее состояние в атмосфере и  в почве.

Растения потребляют воду в основном в жидком состоянии. В умеренной и холодных зонах  огромное косвенное влияние на растения оказывает вода в твердой фазе.

Снег помимо большого егоч значения для теплового режима местообитания играет ( немалую роль в весенний период, когда осадков обычно мало и тающий снег пополняет водные запасы, почвы как раз тогда, когда растущим растениям требуется повышенное количество влаги. Кроме того, ои во многом определяет степень поемности рек, что влияет на экологию луговых растений. Лед оказывает на растение большей частью вредное влияние, а при возникновении в межклетниках причиняет механические повреждения. Зимой в случае образования слоя льда на поверхности почвы могут погибнуть культивируемые и дикорастущие растения. Ожеледь, т. е. накопление льда на органах растений или на поверхности почвы при внезапных потеплениях после дождя, часто вызывает механические повреждения растений. Изморозь, или рыхлый лед на t ветвях деревьев и листьях трав во время туманов, в некоторой степени способствует накоплению воды; при таянии часть ее может попасть в почву, часть испаряется в атмосферу. Подобное же значение имеет иней. Град обычно является нежелательным фактором, поскольку часто приводит к механическим повреждениям

В вегетационный  период влага из атмосферы поступает  в основном в жидкой фазе.

Дожди, их количество сроки, частота выпадения, интенсивность, а также связь их с другими  факторами — температурой, ветром и т. д. — имеют огромное значение. Количество осадков принято выражать толщиной слоя (в мм), который образуется на поверхности при их выпадении. Один миллиметр осадков соответствует выпадению 1 л воды на 1 м2. Очень велика в жизни растений и для закономерностей формирования растительного покрова роль относительной влажности- воздуха (процентное отношение реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре).

Она показывает долю (процент) от того максимального  количества влаги, которое могло  бы содержаться при полном насыщении  данного объема воздуха при данной температуре. Более теплый воздух, естественно, может содержать влаги больше, чем холодный. При охлаждении воздуха  относительная влажность его  увеличивается, и когда достигает 100% (так называемая точка росы), начинается конденсация паров в виде капель. Относительную влажность обычно измеряют психрометром, то разности температур, показываемых сухим и смоченным  термометрами прибора. Применяют также  гигрометры и гигрографы, в которых  использован волос, имеющий свойство сокращаться или удлиняться при  изменении влажности.

.

ХАРАКТЕРИСТИКА  ОСНОВНЫХ ГРУПП РАСТЕНИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К  ВОДЕ.

По приуроченности к местообитаниям с разными условиями  увлажнения и выработке соответствующих  приспособлений среди наземных растений различают три основных экологических  типа: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

Растения, для  которых вода не только необходимый  экологический фактор, но непосредственная среда обитания, относятся к водным, называемым гидрофитами.

ГИГРОФИТЫ. Это растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. При довольно большом разнообразии местообитаний, особенностей водного режима и анатомо-морфологических черт всех гигрофитов объединяет отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность выносить даже незначительную ее потерю. Ярко выраженные гигрофиты — травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов, не выносящие сколько–нибудь заметного понижения влажности воздуха. Даже в разгар сезона дождей мелкие эпифитные папоротники на стволах деревьев теряют тургор и засыхают, если на них в течение 2-3 часов падают солнечные лучи. Черты гигрофитов имеют травянистые растения темнохвойных лесов (кислица, майник двулистный, двулепестник альпийский). К гигрофитам можно отнести и виды, растущие на открытых и хорошо освещенных местообитаниях, но в условиях избытка почвенной влаги — близ водоемов, в дельтах рек, в местах выхода грунтовых вод. В наших широтах примером могут служить прибрежные виды: калужница — Caltha palustris, плакун-трава — Lythrum salikaria, а в странах жаркого климата — папирус, болотные пальмы. Из культурных растений сюда можно отнести рис, культивируемый на полях, залитых водой.

КСЕРОФИТЫ. Это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги — почвенную и атмосферную засуху. Они распространены, обильны и разнообразны в областях с жарким и сухим климатом. К этой группе принадлежат виды пустынь, сухих степей, саванн, колючих редколесий, сухих субтропиков. В более гумидных районах ксерофиты участвуют в растительном покрове лишь в наиболее прогреваемых и наименее увлажненных местообитаниях (например, на склонах южной экспозиции).

Неблагоприятный водный режим растений в сухих  местообитаниях обусловлен, во-первых, ограниченным поступлением воды при  ее недостатке в почве и, во-вторых, увеличением расхода влаги на транспирацию при большой сухости  воздуха и высоких температурах. Следовательно, для преодоления  недостатка влаги возможны разные пути: увеличение ее поглощения и сокращение расхода, кроме того, способность  переносить большие потери воды. Все  это используется ксерофитами при  адаптации к сухости, но у разных растений в неодинаковой степени, в  связи с чем некоторые авторы различают два основных способа преодоления ксерофитами засухи: возможность противостоять иссушению тканей, или активное регулирование водного баланса, и способность выносить сильное иссушение.

В зависимости  от структурных черт и способов регулирования  водного режима различают несколько  разновидностей ксерофитов (по Генкелю П.А.) : эуксерофиты, гемиксерофиты, пойкилоксерофиты.

К группе ксерофитов относят и суккуленты — растения с сочными листьями или стеблями. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а наземные части представлены мясистыми стеблями(кактусы, некоторые молочаи).

Ксерофиты с  наиболее ярко выраженными ксероморфными  чертами строения листьев имеют  своеобразный внешний облик, за что  получили название склерофитов. Облик  типичного склерофита легко представить  на примере чертополоха — Carduus crispus и пустынных полыней, ковылей, саксаулов.

МЕЗОФИТЫ. Эта группа включает растения, произрастающие в средних условиях увлажнения. Сюда относятся растения лугов, травяного покрова лесов, лиственные древесные и кустарниковые породы из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений.

Мезофиты —  группа весьма разнообразная не только по видовому составу, но и по различным  экологическим оттенкам, обусловленным  разным сочетанием факторов в природных  местообитаниях. Они связаны переходами с другими экологическими типами растений по отношению к воде, так  что четкую границу между ними провести очень трудно. Так, среди  луговых мезофитов выделяются виды с повышенным влаголюбием, предпочитающие постоянно сырые или временно заливаемые участки (лисохвост луговой — Alopecurus pratensis, бекмания обыкновенная — Beckmannia eruciformis).

Их объединяют в переходную группу гигромезофитов наряду с некоторыми влаголюбивыми лесными травами, предпочитающими наиболее сырые леса, лесные овраги (недотрога — Impatiens nolitangere). С другой стороны в местообитаниях с переодическим или постоянным (небольшим) недостатком влаги много мезофитов с теми или иными ксероморфными признаками с повышенной физиологической устойчивостью к засухе. Эта группа переходная между мезофитами ксерофитами, — ксеромезофиты. Примером могут служить многие виды северных степей, сухих сосновых боров, песчаных местообитаний: клевер-белоголовка — Trifolium montanum, подмаренник желтый — Galium verum и другие.

Особое место  среди мезофитов занимают степные  и пустынные весенние эфемеры  и эфемероиды. К этой группе принадлежат  растения, ранней весной покрывающие  степи и пустыни разноцветным цветущим ковром (многолетники — тюльпаны, гусиные луки; однолетники — маки, вероники). Это виды с чрезвычайно  краткой вегетацией и длительным периодом покоя, который однолетние эфемеры переживают в виде семян, а многолетние эфемероиды — в  виде покоящихся луковиц, клубней, корневищ. Кроме весенних существуют и осенние эфемероиды, произрастающие в районах с климатическим ритмом средиземноморского типа. Сюда относятся виды родов Crocus, Scilla и другие.

По многим особенностям структуры и физиологии близки к  ксерофитам растения, которые по тем  или иным причинам испытывают недостаток влаги, сопряженный с действием  низких температур. Иногда такие виды в качестве особого подразделения  включают в группу ксерофитов, иногда выделяют в самостоятельные экологические  типы — психрофиты и криофиты.

Психрофиты — растения влажных и холодных почв в холодных местообитаниях высокогорий и северных широт. Несмотря на достаточное увлажнение почвы, они часто испытывают недостаток влаги (или из-за физиологической сухости, вызванной низкими температурами, или в связи с преобладанием в почве недоступной влаги, как, например, на торфянистых почвах). Среди психрофитов есть травянистые растения (например злаки северных лугов: белоус — Nardus strikta; высокогорные кавказские злаки: овсяница пестрая — Festuka varia), высокогорные, болотные и тундровые кустарники и кустарнички, как вечнозеленые (вереск — Calluna vulgaris), так и с опадающей листвой (карликовые ивы — Salix polaris, S. herbacea).К психрофитам относятся и хвойные древесные породы умеренных и северных широт.

Криофиты в экологическом отношении очень близки к психрофитам и связаны с ними переходными формами. Это растения сухих и холодных местообитаний — сухих участков тундр, скал, осыпей. Обычно они рассматриваются и характеризуются вместе с психрофитами, поскольку у них много сходных морфологических и физиологических черт. Но среди криофитов есть и весьма своеобразные формы — это растения-подушки высокогорных холодных пустынь.

ГИДРОФИТЫ. Это водные растения. По образу жизни и строению среди них можно выделить погруженные растения и растения с плавающими листьями. Погруженные растения подразделяют на укореняющиеся в донном грунте и взвешенные в толще воды. Из высших растений к первым принадлежат телорез — Stratiotes aloides, шильник водяной — Subularia aquatika. В эту же группу входят водоросли, прикрепленные к грунту. Из растений, взвешенных в толще воды, можно назвать роголистник погруженный-Ceratophyllum demersum, пузырчатку обыкновенную — Utrikularia vulgaris, а также многочисленные виды планктонных водорослей.

Растения с  плавающими листьями используют частично водную, частично воздушную среду. Из них укореняются в грунте кувшинки из рода Nymphaea, кубышки из рода Nuphar, рдесты, орех водяной — Trapa natans.

Многие виды наряду с плавающими на поверхности  воды листьями имеют и подводные. Плавают на поверхности воды, не укореняясь, ряски, водокрас.

К настоящим  водным растениям очень близко примыкает  и обычно вместе с ними рассматривается  группа гелофитов или амфибий  — земноводных растений. Это виды береговых и прибрежных местообитаний  с избыточным или переменным увлажнением. Они могут расти как в воздушной  среде, так и частично погруженными в воду, могут выносить и полное временное заливание. Как в природе нет резкой границы между водными и наземными местообитаниями для растений, так и группа гелофитов связана незаметными переходами, с одной стороны, с настоящими гидрофитами, с другой — с наземными гигрофитами и гигромезофитами. Примеры гелофитов — растений прибрежной полосы пресноводных водоемов и рек: стрелолист — Sagittaria sagittifolia, ежеголовка — Sparganium ramosum.