Особенности водных растений

Особенности водных растений

Наиболее разнообразный растительный водный мир в тропических водах. Основная масса водного животного и растительного мира находится у берегов, как отметил академик Вернадский — прибрежное «сгущение» жизни. К водным растениям относится группа представителей растительного мира, которые постоянно находится в толще воды.

Особенности водных растений в том, что они чаще всего прикрепляются ко дну коренной системой, но встречаются и свободноплавающие растения. Поглощение питательных веществ, производится в основном через корни, но при этом глубоководные растения (есть и такие) в основном поглощают питательные вещества через стебли.

Особенности водных растений

Находящиеся в водной среде растения, значительно отличаются от произрастающих на поверхности, постоянный дефицит, как кислорода, так и углекислого газа привели к тому, что у водных растений появилась способность питаться непосредственно из окружающей среды (воды). Как уже говорилось выше, особенность водных растений и их отличие от сухопутных, в том, что корневая система служит не для питания минеральными веществами (как у сухопутных растений), а в основном для прикрепления ко дну.

Особенности водных растений

Плавающие водные растения в процессе эволюции «приобрели» придатки, позволяющие увеличить плавучесть. Листья и стебли таких растений имеют воздухоносные полости, что позволяет растениям улучшать обмывание клеток водой (питательные соли, а также растворенные в воде газы). Недостаток в воде кислорода привел к тому, что эти растения при своем небольшом объеме, обладают большой поверхностью листьев (интенсификация газообмена).

Особенности водных растений

Особенности листьев водных растений в том, что они очень тонкие, хлорофилл располагается в эпидермисе, такое его нахождение позволяет интенсифицировать фотосинтез в условиях слабого освещения. Защитой от вымывания водной средой из клеток растений солей и щелочей служат специальные клетки слизи.

Особенности водных растений

Размножение

Сложности с переносом пыльцы (она разносится течениями, а иногда и ветром), приводят к тому, что размножение водных растений происходит вегетативным путем. Но при этом многие водные растения «стараются» вынести свои стебли с цветами в воздушную среду. Распространение плодов и семян течениями носит название гидрохории (кстати, к гидрохорным растениям относятся многие виды прибрежных растений). Некоторые водные растения обладают способность жить в двух средах (во время высыхания водоемов).

Особенности водных растений

Нимфея, кувшинка красная

Изучая водные растения, ученые не смогли окончательно прояснить вопрос их происхождения. Особенности некоторых водных растений в том, что они ведут свою «родословную» от «предков», появившихся в далекие геологические эпохи, но есть и такие, для которых вода стала «домом» в процессе эволюции (их называют вторично водными).

Водные растения и их особенности

Понятие о гидрофитах.Достаточно давно водные растения стали называть гидрофитами или макрофитами. Последний термин часто служит синонимом термина «высшие водные растения». Однако многие специалисты считают, что под тер­мином «макрофиты» целесообразно понимать макроскопиче­ские, т.е. доступные наблюдению невооруженным глазом, растительные организмы вне зависимости от их систематиче­ского положения (Распопов, 1985). В этой связи к категории макрофитов наряду с высшими растениями часто относят харовые водоросли, скопления многих нитчатых водорослей (например, виды родов С1аdophora, Rhizoclonium, Spirogyra и др.).

Современную высшую водную растительность, обитающую в пресных, солоноватых и в значительно меньшей мере мор­ских водоемах, принято называть вторично-водной, т.е. это потомки более древних наземных растений, приспособивших­ся к жизни в воде. Общую схему эволюционного пути водных растений можно представить следующим образом: море —> пресные воды —> суша —> пресные воды —> море (Кокин, 1982).

Экологические особенности водной среды.Распространение высших водных растений зависит от многих факторов внеш­ней среды: света, содержания растворимых газов, температуры и биогенных веществ и др.

Световой режим в воде отмечается заметным ослаблением освещенности и изменением спектрального состава света с глубиной. Например, в самых чистых водах Саргассова моря прозрачность достигает глубины 66,5 м (величину прозрачно­сти определяют путем погружения в воду белого диска диа­метром около 30 см до предельной глубины его видимости). В то же время в мутных проточных водах уже на глубине 50 см количество света может уменьшаться до 7%, т.е. до такой же величины, как и под густым пологом елового леса.

Газовый режим водоемов существенно отличается от назем-но-воздушной среды, и прежде всего меньшим количеством воздуха и иным его составом. Так, содержание углекислого газа в воде на единицу объема при одинаковой температуре почти в 700 раз больше, а кислорода в 30-35 раз меньше, чем в воздухе. Причем если в воздухе концентрация кислорода достаточно постоянна (21%), то в воде его содержание значи­тельно меняется. Это может быть дефицит кислорода (ночью или зимой подо льдом) или повышенная концентрация в днев­ное время в случае массового размножения фитопланктона.

Температурный режим водоемов характеризуется прежде всего отсутствием резких перепадов температуры в течение года и суток. Это связано с высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью воды, которые в 500 и 30 раз соответ­ственно выше, чем у воздуха. Именно поэтому вода медленно нагревается и медленно остывает. В результате амплитуда суточных и сезонных колебаний температуры в водоемах отно­сительно низкая.

Солевой режим гидросферы определяется содержанием в воде разнообразных минеральных веществ — карбонатов, суль­фатов, хлоридов. В зависимости от количества растворимых веществ выделяют пресные (до 0,5 г/л), солоноватые (0,5 -16 г/л), морские (16-47 г/л) и пересоленные (47 — 350 г/л) воды. Для гидробионтов наибольшее значение имеют хлориды натрия, магния и серы, а также сульфат магния, растворенные в воде.

Основными элементами минерального питания макрофи-тов являются азот, фосфор, кремний, железо, марганец, кото­рые встречаются во всех пресных водоемах в виде нитратов, фосфатов, кремнезема и др.

Экологические особенности водных растений.Экологические особенности водной среды накладывают определенный отпе­чаток на морфолого-анатомические и физиолого-биохимиче-ские признаки гидрофитов. Важнейшими чертами структурно-функциональной организации макрофитов являются следующие.

1. Большинство водных растений — корневищные многолет­ники, способные расти не только в воде, но и на суше. Это выражается в явлении диморфизма, когда при высыхании водоема растения не погибают, а продолжают жить, изменив­шись морфологически в наземную форму. Таковы некоторые виды шелковников (Ваtrachium), стрелолистов (Sagittaria), калужниц (Caltha), горец земноводный (Реrsicaria amphibia) и др. Однолетних видов среди водных растений мало. Многие из них цветут и плодоносят под водой.

2. В связи с малым количе­ством света в воде и иным его спектральным составом для макрофитов характерно боль­шое развитие поверхности тела по отношению к его массе. Это достигается за счет ветвления тонких длинных стеблей и рас­сечения листовых пластинок на узкие тонкие полоски (роголистники (Ceratophyllum), урути (Муriophyllum), шелковники и др.). Увеличение по­верхности листьев позволяет водным растениям полнее использовать свет и СО2 в про­цессе фотосинтеза. Доказа­тельством тому, что это дей­ствительно является важным приспособительным признаком, служит явление гетерофиллии (разнолистности), т.е. наличие на одном побеге листьев раз­ной формы — подводные листья сильнорассеченные, а надвод­ные менее рассеченные или цельные (рис. 6.1). Гетерофиллия хорошо выражена у кувшинок (Nymphaea) и кубышек (Nuphar), стрелолиста, поручейника широколистного (Sium latifolium) и у некоторых других видов.

3. У водных растений наблюдается частичное или полное отсутствие дифференцировки мезофилла на палисадный и губ­чатый, что связано с резким уменьшением доступа света к ним.

4. В связи с большой плотностью воды у макрофитов меха­ническая ткань развита слабо или совсем отсутствует. Механи­ческие элементы у ряда видов, обеспечивающие гибкость сте­блей и листьев при сильном течении или волнении воды, рас­положены в центральной части стебля и по центральной оси листа, обычно вокруг проводящих пучков.

5. У многих водных растений в клетках эпидермиса имеют­ся хлоропласты, что способствует более эффективному исполь­зованию света.

6. Проводящие элементы ксилемы развиты слабо. Поглоще­ние воды и растворенных в ней веществ происходит всей поверхностью погруженных в воду частей тела растения, что сопровождается некоторой редукцией проводящей ткани.

7. У макрофитов хорошо развита воздухоносная ткань -аэренхима, образованная системой межклетников, пронизы­вающая все тело растения, что обеспечивает более эффектив­ный газообмен.

8. Листья погруженных водных растений часто лишены устьиц; газообмен совершается всей поверхностью тела. В то же время у водных растений с плавающими листьями усть­ица расположены на верхней стороне листа и их количество в сравнении с наземными растениями увеличено.

9. Для макрофитов характерна редукция корневой системы или изменение ее функции. Так, корни многокоренника (Spirodela polyrhiza) и рясок (Lemna) — это орган равновесия, а корне­вая система водяного ореха (Тrapa natans) служит для прикре­пления их к грунту и выполняет функцию фотосинтеза.

10. У водных растений вегетативное размножение преобла­дает над семенным. Самый распространенный способ зимов­ки многолетних растений — в виде побегов с сильно укорочен­ными междоузлиями или в виде особых зимующих почек, образующихся на материнском растении в конце вегетацион­ного периода.

11. Для водных растений характерен усиленный рост по сравнению с наземными, поскольку в течение сравнительно короткого вегетационного периода растение должно пройти весь цикл развития.

12. Плоды и семена многих макрофитов долго сохраняют способность к прорастанию.

Таковы в общих чертах основные приспособления высших растений к обитанию в водной среде. Наличие генетически обусловленного устойчивого механизма гомеостаза позволяет гидрофитам осваивать значительные территории и иметь широкое географическое распространение.

Классификация водных растений.В качестве естественной биологической группы водные растения стали рассматривать­ся лишь в конце XIX в. Согласно одной из первых сводок, посвященных описанию жизни пресных вод (Ламперт, 1900), водные растения подразделены на следующие группы:

1) растения с листьями, погруженными в воду;

2) растения с листьями, плавающими на поверхности воды;

3) растения со стеблями и листьями, частично погруженны­ми в воду и частично «выставляющимися из воды в воздух».

Все последующие многочисленные варианты классифика­ции водных растений и водной растительности, разработанные различными авторами, в том или ином виде включают в себя эти основные группы.

Наиболее часто используются классификации Г.И. Поплав-ской (1948) и А.П. Шенникова (1950). Г.И. Поплавская выделя­ет две группы водных растений: гидрофиты — растения, мень­шей своей частью погруженные в воду, и гидатофиты — расте­ния полностью или большей частью погруженные в воду. Гида­тофиты в свою очередь она подразделяет на три группы: гида­тофиты настоящие, аэрогидатофиты погруженные и аэрогида-тофиты плавающие.

А.П. Шенников, напротив, к группе гидрофитов относит погруженные в воду растения и растения с плавающими листьями или листоподобными стеблями. Воздушно-водные растения отнесены им к гелофитам.

К водным растениям (гидрофитам) близки гигрофиты —исконно сухопутные растения, приуроченные к избыточно увлажненным местообитаниям. Поскольку многие виды гигро­фитов по своим морфолого-анатомическим особенностям схожи с гидрофитами, в последние годы наблюдается тенден­ция включения в списки флоры водоемов большого числа при­брежных (околоводных) растений.

По мнению Г.С. Гигевич, Б.П. Власова, Г.В. Вынаева (2001), «с таким подходом нельзя согласиться, поскольку в водной среде по самым разным обстоятельствам, например, при создании искусственного водоема, при половодье, обвале части берега в воду и т.п., типично сухопутные виды растений могут оказать­ся в воде. С другой стороны, не всегда можно с уверенностью ска­зать, водные это растения или сухопутные. Многие гидробота­ники, например, рассматривают в качестве водных растений ряд представителей рода осока (Сагех), растущих по берегам водое­мов, хотя в большинстве своем эти осоки скорее обитатели сырых, чем покрытых водой грунтов».

Читайте также  Как цветет нарцисс?

Для того чтобы прийти к какому-то единому мнению по этому вопросу, пожалуй, целесообразно присоединиться к мне­нию известного российского гидроботаника И.М. Распопова (1978, 1985) о том, что «.высшими водными растениями, по-видимо­му, следует считать травянистые растения, анатомически и мор­фологически приспособленные к жизни в водной среде в погружен­ном, плавающем на поверхности или полупогруженном состоянии, и за ними целесообразно закрепить название "гидрофиты"».

В настоящее время не существует единой общепринятой лассификации водных растений, поскольку гидрофиты не представляют собой единого целого. Из многочисленных клас­сификаций гидрофитов наибольший интерес представляет экобиоморфологическая система В.М. Катанской (1981), согласно которой все водные растения по своим морфологиче­ским (формы роста) и эколого-биологическим особенностям объединяются в следующие экологические группы.

Водные растения: фото, описание, использование

водные растения

Водные растения — особенные виды, которые приспособились к существованию в различных водоемах, и служат не только украшением, но и приносят им пользу. С одной стороны, слой листьев над водной гладью в летний период защищает от жары. С другой — растения водоемов зачастую становятся источником пищи для их обитателей. Вот почему гидрофиты так важны не только с эстетической, но и с практической точки зрения.

Какие водные растения для пруда выбрать? Для ответа на этот вопрос, прежде всего, следует отметить, что все виды растений, примеры которых приведены далее, делят на три группы: глубоководные, плавающие и мелководные. В водоемах обычно сочетают все три разновидности так, чтобы общее количество не превышало 1/5 водной глади. Выбирают из таких представителей флоры:

Глубоководные растения водоемов

Кувшинка (Nymphaea)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Корни кувшинок достигают донного грунта, а на поверхности мы любуемся листьями и цветами. Последние появляются примерно в мае и радуют глаз до наступления осени.

Преимущество растения заключается в том, что оно нормально переносит холод и зимует в естественной среде обитания. Сорта отличаются по необходимой глубине водоема. Она варьируется от 20 см для карликовой разновидности до 1,5 м для гигантской кувшинки.

Кубышка (Nuphar)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Это неприхотливое растение подойдет для неглубокого водоема. Высаживается на глубине от 30 до 60 см.

Солнечного света кубышки также требуют немного. Среди красивых изумрудных листьев летом расцветают яркие золотисто-желтые цветки.

Белоцветник щитолистый (Nymphoides peltata)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Напоминает маленькую кувшинку, но в водоеме ведет себя довольно агрессивно и быстро заполняет все свободное пространство. Поэтому после высадки белоцветника на глубине от 40 до 80 см, его рост ограничивают.

У круглых листьев волнистый край. Цветы яркие, желтого цвета, с бахромчатыми краями.

Плавающие растения пресных водоемов

Водокрас лягушачий (Hydrocharis morsusranae)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: ru.m.wikipedia.org: UGC

Подобно всем растениям этой группы, водокрас не уходит корнями в грунт. Он свободно перемещается в толще воды, параллельно собирая на себе подводный мусор. Некрупные цветки белого цвета появляются летом. Листьями напоминает кувшинку.

Пистия телорезовидная (Pistia stratiotes)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Известна также как водяной салат и растение, которое эффективно очищает водоем. Розетки светлых изумрудных листьев в высоту достигают 15 см, в ширину — 30 см.

Для развития растению необходим теплый солнечный водоем. На зимовку его необходимо переместить в теплый аквариум.

Рдест плавающий (Potamogeton natans)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

У этого растения продолговатые листья коричневато-зеленого цвета. Оно очень быстро растет, приспосабливается к водоемам с разной степенью освещенности. Предпочитает обитать на мелководье.

Ряска малая (Lemna minor)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

Одно из самых мелких растений из группы плавающих. По три листочка округлой формы складываются в настоящие лужайки посреди водоемов. Обильно ряска разрастается лишь в водоеме, который не очищается и за которым нет ухода.

Сальвиния плавающая (Salvinia natans)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: it.wikipedia.org: UGC

В солнечных и теплых водоемах приживается эта форма папоротника. Для растения характерны точеные листья овальной формы, которые группируются на коротком плавающем стебле. Окраска у них зеленая или бронзово-зеленая.

Мелководные растения пресного водоема

Аир обыкновенный (Acorus calamus)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

Произрастает на мелководье (на глубинах от 5 до 20 см). Это многолетнее растение, высота которого может превышать один метр, отлично очищает воду. Кроме того, оно неприхотливо к условиям освещения.

Вахта трехлистная (Menyanthes trifoliata)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

У этого вида яркие листья сочного зеленого цвета. Они тройчатые, а в начале лета среди них распускаются нежные белые цветы. Цветет вахта кистями до 20 см в длину. Растет в хорошо освещенных местах, но в целом тени не боится. Высаживается на глубине до 10 см.

Ирис болотный (Iris pseudacorus)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

На глубине до 20 см высаживают этот вид. Растение достигает в высоту один метр и более. Среди зеленых ремневидных листьев в июне появляются золотистые цветы. Цветет ирис гораздо лучше на солнце, чем в тени.

Калужница болотная (Caltha pаlustris)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Вид относится к декоративным и для хорошего роста требует яркого освещения. Среди темно-зеленых блестящих округлосердцевидных листьев распускаются большие золотисто-желтые цветы.

Камыш (Scirpus)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

По берегам водоемов высаживают два вида этого растения: озерный и лесной камыши. Оба они неприхотливы, обладают высокими ремневидными листьями. Цветут метельчатыми бурыми соцветиями.

Незабудка болотная (Myosotis palustris)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

Данный вид быстро разрастается на мелководье, на глубинах до 10 см. Летом расцветает и украшает водоем множеством мелких небесно-голубых цветов. Требует хорошего освещения.

Понтедерия сердцевидная (Pontederia cordata)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: ru.m.wikipedia.org: UGC

Красивое растение, для которого характерны яркие изумрудные листья и голубовато-фиолетовые цветы. Плохо переносит холода, поэтому с наступлением зимы требует перемещения в теплые помещения. Высаживается на глубине до 30 см.

Рогоз (Typha latifolia)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Внешне напоминает камыш, но отличается от последнего более низким ростом. Распространены два вида: малый и узколистный рогоз. Оба неприхотливы и образуют початки коричневого цвета.

Ситник развесистый (Juncus effusus)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Произрастает на глубине до 10 см. Хорошо переносит зиму. После замерзания водоема проводит под лед воздух. Листья длинные игловидные, соцветия изящные, бронзового цвета.

Стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

В хорошо освещенных местах на глубинах до 20 см растет стрелолист. У этого многолетника не только красивые крупные фиолетово-белые цветы, но и довольно интересные плоды. Последние выглядят словно маленькие шишечки и украшают растение.

Сусак зонтичный (Butomus umbrellatus)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: pixabay.com: UGC

Это растения с темными листьями и розовыми цветами достигает в высоту 1,2 м. Цветет как на солнце, так и в тени. Может высаживаться на глубине от 10 до 30 см.

Тростник южный ( Phragmites australis)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: uk.wikipedia.org: UGC

Требует высадки на открытых солнечных местах на 20 см глубине. Вырастает до трех метров в высоту. Пышные кремовые соцветия становятся настоящим украшением водоема в летний период.

Хвостник обыкновенный (Hippuris vulgaris)

Водные растения: фото, описание, использование

Фото: commons.wikimedia.org: UGC

Это растение высаживают на глубине до 10 см. По внешнему виду оно напоминает маленькую сосну. На вертикальных стеблях формируются мутовки листьев, которые напоминают иголочки.

Выбирать из такого богатого природного разнообразия — дело непростое. Важно не бояться экспериментировать, пробовать сочетать разные виды растений, ведь так приятно собственными руками создать неповторимый великолепный оазис.

Адаптивные особенности водных растений

Водные растения в отличие от наземных поглощают влагу и минеральные соли непосредственно из окружающей воды, поэтому их организация имеет свои особенности. У них слабо развиты проводящие ткани, а также корневая система. Поскольку корни служат в основном для прикрепления к подводному субстрату, они лишены, как правило, корневых волосков. Мощное развитие корневой системы у некоторых из них — рдестов, кувшинок, кубышек — обеспечивает вегетативное размножение и запасание некоторых веществ.

Главной структурной особенностью гидрофитов является наличие крупных межклетников и полостей, создающих особую воздушную ткань — аэренхиму, которая обеспечивает плавучесть органов. Подводные гидрофиты отличаются от надводных отсутствием кутикулы и функционирующих устьиц, тонкими рассеченными листьями. Для них также характерно слабое развитие механических тканей. Интенсивный газообмен при недостатке в воде растворенного кислорода обеспечивается либо очень длинными и тонкими стеблями и листьями, покровы которых легко проницаемы для кислорода (рдесты — Potamogeton lusens, Р. petroliattus), либо сильной расчлененностью листьев (водяной лютик Ranunculus aquatilis, уруть Myriophyllum spicatum).

Тонкость погруженных листьев обеспечивает интенсивность не только газообмена, но и фотосинтеза в условиях слабого освещения. Хлорофилл в этих листьях часто располагается непосредственно в клетках эпидермиса. Эти анатомо-морфологические особенности наиболее сильно выражены у рдестов, элодеи, водяных

Гетерофилия у водных растений

Рис. 3.8. Гетерофилия у водных растений

Хотя клетки водных растений имеют низкий осмотический потенциал, некоторая защита от вымывания минеральных солей им необходима. Она достигается выделением слизи специальными клетками и образованием эндодермы из более толстостенных клеток.

У ряда растений развита гетерофилия (разнолистность) (рис. 3.8). У сальвинии, например, погруженные листья обеспечивают минеральное питание, плавающие — органическое. У кувшинок и кубышек плавающие листья также сильно отличаются от погруженных — их верхняя поверхность плотная и кожистая, с большим количеством устьиц, что способствует лучшему газообмену с воздухом, на нижней же стороне устьиц нет.

Из-за низкой температуры воды, отрицательно влияющей на генеративные органы, и высокой плотности среды, затрудняющей перенос пыльцы, погруженные в воду растения размножаются вегетативным путем. Однако многие из них, так же как и плавающие, выносят цветоносные стебли в воздушную среду и размножаются половым путем. Их пыльца, плоды и семена разносятся ветром и поверхностными течениями. Поверхностные течения «используются» как водными растениями, так и многими прибрежными (частуха, стрелолист, сусак, рдесты, многие осоки). Плоды их обладают высокой плавучестью и могут длительное время находиться в воде, не теряя всхожести. Полагают, что и кокосовые пальмы распространились по архипелагам тропических островов благодаря плавучести своих плодов — кокосовых орехов.

С учетом морфоструктурных и физиологических адаптаций гидрофиты подразделяются на несколько групп.

Плавающие на поверхности, контактирующие с водой и воздухом. Это ряска Lemna sp., сальвиния Salvinia natans, водокрас Hydrocharis morsus ranae (лягушечник) (рис. 3.9) и др. В их листьях совмещаются черты, свойственные листьям наземных растений и погруженных гидрофитов. Верхняя («воздушная») поверхность листа имеет хорошо развитую кутикулу, благодаря чему не смачивается водой. Устьица образуются только на верхней поверхности листа. В губчатой ткани листа имеются крупные воздушные полости, которые не только придают листу плавучесть, но и, как полагают некоторые исследователи, служат «буферными емкостями» при газообмене: углекислота, накапливающаяся при дыхании ночью, днем используется для фотосинтеза, а накопившийся кислород расходуется для дыхания ночью.

Водокрас (лягушечник) Hydrocharis morsus ranae (а), элодея Elodea canadensis (б) и рачок водяной ослик Asellus aquaticus (в)

Рис. 3.9. Водокрас (лягушечник) Hydrocharis morsus ranae (а), элодея Elodea canadensis (б) и рачок водяной ослик Asellus aquaticus (в)

авторами (1992), в строении листа погруженных гидрофитов ярко отражена адаптивная стратегия: при небольшой массе иметь как можно большую поверхность, получающую солнечный свет и извлекающую из воды необходимые вещества. У одних видов листовая пластинка очень тонкая, просвечивающая, у других — сильно рассечена на узкие нитевидные доли. Кутикулы на их поверхности нет (но есть значительный слой слизи), механическая ткань не развита, устьица либо отсутствуют, либо недоразвиты (в воде они теряют биологический смысл). Хлоропласты, крупные, темноокра- шенные, с большим содержанием хлорофилла, сосредоточены в наружных слоях клеток или (у основной массы видов) в эпидерме.

Читайте также  Какие болезни переносят мыши?

Погруженные укорененные, связанные с водой и почвой. Это элодея Elodea canadensis, валлиснерия Vallisneria apiralis, уруть Myriophyllum verticillatum. Из-за быстрого разрастания элодею называют «водяной чумой». Как видно из названия, ее родина — Канада. В 1842 г. ее впервые заметили в Шотландии. Прошел десяток лет, и элодея распространилась по всей Англии, затем перебралась на материк, расселившись по Евразии. Она очень неприхотлива, живет и в мелких и в глубоких водах, заселяет и чистые и загрязненные водоемы. Обломки элодеи хорошо укореняются, боковые ветви легко становятся самостоятельными растениями. В мутовках листьев образуются особые зимние почки. Их уносят на ногах и перьях утки и цапли. Обломок стебля, боковая веточка, зимняя почка — все служит началом нового растения, поэтому элодея расселяется и разрастается очень быстро.

Прикреплена ко дну и имеет жизненную форму, напоминающую высшее растение, водоросль хара (Chara). Хара занимает сравнительно глубокие места и спускается вниз вплоть до той границы, куда еще доходит достаточное количество солнечных лучей, необходимых для питания растений. Появление хары обычно свидетельствует о переходе от литоральной зоны к большим глубинам.

Плавающие на поверхности укорененные, т.е. контактирующие с тремя средами — водой, почвой и воздухом. К ним относятся кубышки (Nuphar), кувшинки (Nymphaea), некоторые виды рдестов, виктория Victoria regia. Цветы этих растений или плавают по воде, или поднимают свои головки в воздух. Эти растения отличаются тем, что их горизонтально расположенные листья могут препятствовать проникновению света в воду. Поскольку на верхней стороне листьев имеются устьица, эти растения используют воздух и для целей питания. У кубышки желтой (Nuphar lutea), например, плотность устьиц на верхней поверхности плавающего листа достигает 350—650 на 1 мм 2 , как и у световых листьев наземных растений. Устьица эти у нее почти всегда широко открыты, так что их роль в регуляции транспирации невелика, да она и не имеет большого значения в условиях изобилия доступной влаги (Горышина и др., 1992). Затененные нижние поверхности плавающих листьев используются водными животными для отдыха и откладывания яиц.

Эти виды вместе с обитателями сырых берегов являются «мостом» между водной и наземной средой и для водных насекомых, которые часть жизни проводят в воде, а часть — на суше, они удобны для входа насекомых в воду и выхода из нее. В зоне амфибийных растений находят пищу и убежище амфибийные животные, например ондатра.

Прибрежные заросли одевают берега озер широкой полосой, большей частью совсем без перерывов. Лишь очень открытые берега подветренной стороны бывают лишены крупной растительности. Обычно различные типы растений — поднимающиеся над водой, с плавающими листьями, погруженные — располагаются отдельными полосами, главным образом, в зависимости от глубины. Так, у самого берега тянутся заросли тростников, камышей, хвощей, образуя над поверхностью воды густую щетину из узких тесно стоящих высоких стеблей и линейных листьев. Далее к центру озера камыши уступают место растениям, не поднимающимся выше уровня воды, за исключением лишь периодов цветения (кувшинки, рдесты). За ними идут те растения, которые близко жмутся ко дну и обнаружить которые, наклонившись над водой, трудно (Липин, 1941) (рис. 3.10).

Типы растений по отношению к воде как среде обитания (Горышина и др., 1992)

Рис. 3.10. Типы растений по отношению к воде как среде обитания (Горышина и др., 1992): А — воздушная среда; Б — зона морских приливов; В — водная среда. Справа растения: 1 — погруженные (1а — плавающие в воде, 16 — укореняющиеся в грунте); 2 — плавающие на поверхности воды; 3 — полупогруженные (с листьями: За — подводными и плавающими, 36 — подводными и воздушными,

Зв — полупогруженными); 4 — прибрежные. Слева — растение морской

Каждой форме высшего растения соответствует характерное водорослевое обрастание.

Кроме прикрепленных или иным образом связанных с высшими растениями микроводорослей, многие виды обладают специальными приспособлениями, увеличивающими плавучесть, которые составляют планктон. Среди основных типов пресноводных водорослей можно выделить:

Особенности водных растений

Прибрежно-водные растения занимают обособленное положение в растительном мире благодаря своим морфологическим, биологическим и экологическим особенностям. Обитание растений в водной среде или прибрежных зонах способствовало появлению у них особых черт организации. Среди водных растений эндемиков сравнительно мало, что объясняется нивелирующими физико-химическими условиями водной среды. Это в основном корневищные растения, отличающиес широкой экологической амплитудой. Они могут расти в самых разнообразных условиях: как в пресных, так и засоленных водах, непосредственно в водной среде и в виде наземных форм — во влажных местах.

Прибрежно-водные растения в основном многолетние; однолетних видов среди них немного. Большинство водных растений цветет и плодоносит над водой. У водных растений увеличивается поверхность тела по сравнению с их массой, что облегчает поглощение минеральных веществ, кислорода и других газов, которых в воде содержится гораздо меньше, чем в воздухе. Увеличение поверхности тела достигается развитием длинных тонких листьев, расчленением листовой пластинки на нитевидные участки, продырявливанием лисьев.

У водных растений сильно развита гетерофиллия (разнолистность): подводные, плавающие и воздушные листья на одном и том же растении сильно различаются как по внешнему виду, так и по внутреннему строению. Например, подводные листья не имеют устьиц; у листьев, плавающих на поверхности воды, устьица находятся только на верхней стороне, у воздушных листьев — на обеих сторонах.

Большая плотность водной среды обуславливает слабое развитие механических элементов в листьях и стеблях; немногочисленные механические элементы, имеющиеся в стеблях, расположены ближе к центру, что придает им большую гибкость. У водных растений слабо развиты или отсутствуют сосуды в приводящих пучках и в то же время хорошо развиты аэренхима и воздушные полости, которые позволяют им находиться в вертикальном положении.

У водных растений слабо развита корневая система, а корневые волоски отсутствуют. Оченьчасто образуются водные корни, которыми они поглощают питательные вещества непосредственно из воды.

Экологические типы и подтипы прибрежно-водной растительности (по Камышеву, 1962, 1963)

связи с грунтом

отношению по уровню воды

Наводноплавающие. Подводноплавающие. Полупогруженноплавающие

Один из авторитетных гигроботаников России — В.М.Катанская (1981) классифицирует все водные растения по экологическим группам в зависимости от их морфологических и эколого — биологических особенностей.

Гидрофиты — настоящие водные растения:

1. Погруженные в воду растения — погруженные гидрофиты:

Полностью погруженные в воду (истинно водные); весь цикл их развития проходит в воде:

· Полностью погруженные неукореняющиеся, плавающие в толще воды (к примеру, виды роголистника);

· Полностью погруженные укореняющиеся (виды наяд, полушника и др.);

· Погруженные в воду, но с воздушными генеративными органами (почти погруженные);

· Погруженные неукореняющиеся, плавающие в толще воды (виды пузырчатки);

· Погруженные укореняющиеся, с корневой системой разной мощности, у некоторых видов не развивающейся (рдесты, уруть, элодея, лобелия);

2. Плавающие на поверхности воды растения — гидрофиты плавающие:

· Свободно плавающие неукореняющиеся (ряска малая, водокрас, сальвиния и др.);

· С плавающими листьями, укореняющиеся (кувшинка, кубышка, рдест плавающий, болотноцветник, гречиха земноводная).

Погруженные и плавающие неукореняющиеся растения прикрепляются к субстрату в тех случаях, когда нижняя часть их стеблей или водных корней находитсяв рыхлой иловатой толще дна водоема.

Гелофиты (гидрогигрофиты) — водно-болотные растения:

· Надводные растения с поднимающимися над поверхностью воды стеблями и листьями, укореняющиеся (тростник, рогоз, камыш, сусак, ежеголовник, стрелолист, частуха и др.). Все они успешно развиваются и проходят полный цикл развития как в воде, так и на влажных берегах водоемов.

В.П.Папченков (1985) в понятие «гидрофиты водоемов» включает не только травянистые, но и древесные растения, способные нормально расти и развиваться в условиях воды и водопокрытого грунта. Этот автор строит свою классификацию, исходя из морфологических и биологических особенностей растений с учетом различной приспособленности к водной среде.

Тип 1. Гидрофиты, или настоящие водные растения:

· Группа 1 — гидрофиты, свободноплавающие в толще воды ( роголистник темно-зеленый, ряска рехдольная, телорез алоэвидный, пузырчатка обыкновенная);

· Группа 2 — погруженные укореняющиеся гидрофиты (рдест блестящий, рдест гребенчатый, элодея канадская, повойничек мокричный, каулиния малая и др.);

· Группа 3 — гидрофиты, свободно плавающие на поверхности воды (ряска малая, сальвиния плавающая, вольфия бескоренная, водокрас обыкновенный);

· Группа 4 — укореняющиеся гидрофиты с лавающими листьями (кубышка желтая, кувшинка чисто-белая, рдест плавающий, гречиха земноводная).

Представители этого типа образуют фитоценозы в пределах глубин от 0,5 до 2,5 м.

Тип 2. Гелофиты, или воздушно-водные растения:

· Группа 5 — высокотравные гелофиты, средняя высота побегов 180- 250 см (тростник обыкновенный, рогоз узколистный, камыш озерный, манник большой и др.);

· Группа 6 — низкотравные гелофиты, средняя высота побегов 60- 100 см (частуха подорожниковая, стрелолист стрелолистный, сусак зонтичный, водяная сосенка, хвощ лесной и др.);

· Группа 7 — приземные гелофиты, высота побегов менее 10 см (ситняг игольчатый, лужница водная, монция ключевая и др.).

Сообщества с доминированием гелофитов располагаются преимущественно у берегов до глубины 1,0 — 1,2 м. Наиболее глубоко поникают высокотравные гелофиты. Низкотравные воздушно — водные растения предпочитают глубины до 0,5 м. Приземные гелофиты занимают прибрежные отмели глубиной до 10 см.

Тип 3. Околоводные растения:

· Группа 8 — гигрогелофиты (калужница болотная, осока острая, поручейница водяная, сабельник болотный, вех ядовитый, манник наплывающий, жерушник земноводный, лютик языковый и др.). Растения этой группы типичны для низких уровней береговой зоны затопления, часто встречаются на прибрежных отмелях при глубине 20 — 40 см; многие из них типичны для озерных сплавин;

· Группа 9 — травянистые гигрофиты (камыш лесной, ситник лягушечный, некоторые осоки и др.). Занимают обычно средние уровни береговой зоны затопления и довольно часто встречаются в небольшом количестве в воде у низких топкихберегов, входя в состав сообществ высокотравных гелофитов;

· Группа 10 — древесные гигрофиты (ива трехтычиночная). Представлены ивами, которые частообрамляют берега водоемов и водотоков, нередко произрастают в воде;

· Группа 11- гигромезофиты (гусиная лапка, мать — и — мачеха, вероника длиннолистная, полевицы и др.). Занимают высокие уровни береговой зоны затопления и зону заплеска водоемов. В водной среде встречаются редко.

ВОДНЫЕ РАСТЕНИЯ

ВОДНЫЕ РАСТЕНИЯ, фотосинтезирующие организмы, жизненный цикл которых протекает в частично или полностью погруженном в воду состоянии. Размеры их варьируют от микроскопических (одноклеточные формы) до сравнительно крупных (т.н. макрофиты), как, например, у кувшинок, и даже гигантских, как у некоторых бурых водорослей, достигающих в длину 30 м.

СИСТЕМАТИКА РАСТЕНИЙ

И по форме роста, и по своей систематической принадлежности водные растения весьма разнообразны – они присутствуют в любой основной группе растений и фотосинтезирующих протистов. Микроскопические водные растения представлены водорослями. К водорослям же относятся и самые крупные морские виды. В пресных водах большинство водных растений – покрытосеменные, хотя там же представлены и другие таксономические группы (мхи, печеночники, папоротниковидные и т.д.).

Водные растения – основные продуценты водных экосистем: без них не могли бы существовать водные животные. В ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют в окружающую среду кислород, который аэрирует воду и используется для дыхания рыбами и другими обитателями водоемов. Поглощая растворенные минеральные вещества, водные растения способствуют самоочищению бассейнов. Наконец, они дают убежище и пищу многим водным насекомым и другим мелким животным, которые, в свою очередь, служат кормом для рыб. Некоторые виды рыб, в частности из отряда карпообразных, питаются непосредственно макрофитами. Семена, плоды и клубни многих водных растений являются пищей для млекопитающих и птиц, а некоторые мелкие водные растения (вроде ряски) заглатываются птицами целиком. Заросли тростника, камыша и других растений служат для прибрежных птиц и млекопитающих надежным убежищем.

Читайте также  Название луковичных цветов

Водные макрофиты по форме роста делятся на четыре основных группы: 1) свободноплавающие на поверхности или в глубине стоячей воды; 2) укорененные с плавающими на поверхности листьями; 3) укорененные или прикрепленные ко дну, все части которых, иногда кроме генеративных, находятся под водой; 4) полупогруженные укорененные растения типа тростника, у которых стебли и часто листья поднимаются над водой. Впрочем, четкой границы между этими группами нет, а некоторые растения переходят из одной в другую в зависимости от стадии развития.

Поскольку для роста корней необходим кислород, а донные почвы им бедны, тело многих водных растений пронизано губчатой воздухопроводящей тканью – аэренхимой. В нее поступают образующийся при фотосинтезе кислород и воздух, проникающий в подводные и воздушные части растения.

Распространение и жизненные потребности.

Водные растения распространены очень широко. Некоторые их виды встречаются почти по всему земному шару; известны группы близкородственных форм, замещающих друг друга в разных частях света. Вполне вероятно, что такое широкое распространение обусловлено переносом их семян и других репродуктивных структур птицами.

Многие водные растения способны, изменив форму роста, приспособиться к различным условиям среды, например к жизни вне воды на сырой почве. Так, у выращиваемого в аквариуме стрелолиста (Sagittaria) листья мягкие и лентовидные, а на болотах они образуют жесткие черешки и напоминающие наконечник стрелы пластинки.

В то же время в любом местообитании для нормального развития вида необходимы определенные условия: тот или иной химический состав воды, ее температура, тип субстрата и т.п. Большинство водных растений лучше всего растет в стоячей или медленно текущей воде, однако некоторые, например из рода Podostemon, встречаются только в местах с быстрым течением.

Химический состав воды.

По требованиям к химическому составу воды можно выделить четыре группы водных растений: 1) виды, произрастающие в мягких, нейтральных или слегка кислых водах, обычных для областей, где мало известняка; 2) виды пресных вод, богатых карбонатом кальция; 3) виды опресненных морских и щелочных (богатых сульфатами) вод аридных областей; 4) морские виды. Некоторые широко распространенные водные растения хорошо растут при различном химическом составе воды, другие – только при строго определенном. Например, Phyllospadix встречается только в морской воде, Ruppia – только в солоноватой или щелочной, многие рдесты (Potamogeton) предпочитают воду, богатую известью, а большинство полушников, или шильников (Isoetes), произрастает только в мягкой болотной воде.

Температура воды.

Это тоже важный фактор. Есть виды, обитающие только в тропических областях, тогда как другие растут лишь в умеренном климате.

Потребности в питательных веществах.

Свободноплавающие растения, например ряска и водные папоротники, получают необходимые для питания соли непосредственно из воды, однако большинство водных растений, по крайней мере частично, извлекает их из донной почвы и лучше всего развивается на плодородном, богатом органикой субстрате. На бедных почвах, например на песке, рост многих видов подавляется, и некоторые водные растения, в частности стрелолист (Sagittaria) и Echinodorus, в этих условиях остаются на ювенильной стадии, что часто используется аквариумистами. Для нормального развития водным растениям необходимо также адекватное освещение.

Таксономические группы водных растений

Покрытосеменные (цветковые).

К этой группе относится множество водных, а также земноводных, т.е. способных переносить временное затопление, макрофитов. Большинство из них входит в 10 семейств однодольных (имеющих одну семядолю и, как правило, параллельное жилкование листьев); внешне они зачастую напоминают злаки, даже если ими и не являются. Это следующие семейства: рогозовые (Typhaceae), ежеголовниковые (Sparganiaceae), рдестовые (Potamogetonaceae), частуховые (Alismataceae), водокрасовые (Hydrocharitaceae), злаки (Gramineae), осоковые (Cyperaceae), аронниковые (Araceae), рясковые (Lemnaceae) и ситниковые (Juncaceae). Среди двудольных (у них две семядоли и обычно сетчатое жилкование листьев) больше всего водных растений в семействах лютиковых (Ranunculaceae), кувшинковых (Nymphaeaceae), сланоягодниковых (Haloragaceae) и пузырчатковых (Lentibulariaceae).

В некоторых местах водные растения относятся к доминантам растительного покрова. Так, на озерном мелководье часто в массе разрастаются рдесты, ряска может покрыть собой всю поверхность богатых питательными веществами прудов, солерос (Salicornia) нередко преобладает на заливаемых морским приливом низменностях, а на пресных болотах обычны густые заросли камыша, осок, тростника и рогоза. В некоторых мелких болотах на севере США канадский рис образует сплошные травостои, напоминающие посевы пшеницы, а на юге страны в аналогичных местообитаниях процветают водяной гиацинт и очереднопыльник филоксеровый.

Мхи и печеночники.

Мхи интенсивно развиваются в стоячих водах, образуя т.н. моховые болота. В Северной Америке к листостебельным мхам и близкой к ним группе печеночников относится всего ок. 20 видов пресноводных растений. Самый известный из них – мох Fontinalis, часто встречающийся на затопленных деревьях в прозрачных речках. Его мягкие прямостоячие стебельки покрыты множеством мелких и тонких треугольных листьев. Иногда его разводят в аквариумах, особенно если хотят стимулировать размножение рыб. У мха Drepanocladus побеги стелющиеся, буроватые. Он растет на мелководьях под тростником и осокой. Его мелкие листья на концах стебельков серповидно изогнуты. Из печеночников в стоячих водоемах обычна риччия водная (Riccia fluitans), растущая в виде запутанной массы зеленых вильчато ветвящихся нитей.

Водоросли.

Не считая микроскопических форм и морских макрофитов, обычными в этой группе являются лучицы, или харовые (Characeae), широко представленные в пресных водоемах. Виды рода Chara с прямостоячим «стебельком» напоминают маленькую елочку. Их пахнущие рыбой клетки часто инкрустированы карбонатом кальция. Близкий род Nitella растет главным образом в мягкой воде (иногда разводится в аквариумах). Его «побеги» мягкие, тонкие, вильчато ветвящиеся.

Папоротники и близкие к ним группы.

Обитатели вод среди этих растений, размножающихся не семенами, а спорами, представлены различными жизненными формами. Мелкие папоротники Azolla и Salvinia свободно плавают на поверхности стоячих водоемов. У первого рода листья в виде перекрывающихся чешуек, а у второго – эллиптические, неперекрывающиеся и опушенные жесткими волосками. Иногда Azolla разрастается по всей поверхности прудов; осенью ее побеги краснеют. Salvinia происходит из теплых регионов планеты, и некоторые ее виды, интродуцированные в США, засоряют водоемы. Этот папоротник часто разводят в аквариумах и декоративных бассейнах. Полушник, или шильник (Isoetes), – с виду неброское, дерновинное, напоминающее осоку растение; оно развивается под водой на грубозернистом субстрате в озерах с песчаным, каменистым или скалистым дном, иногда образуя целые подводные луга. Полушник близок к деревьям рода Sigillaria, росшим на болотах в каменноугольном периоде: как и у них, его споры развиваются в ямках у основания листьев. Хвощ речной (Equisetum fluviatile) – тоже близкое к папоротникам растение с древней родословной. У него трубчатые стебли с отходящими от узлов мутовками веточек; на вершине стебля созревает бурый, похожий на шишку колосок со спорами.

Экономические аспекты.

Одни водные растения ценятся как сельскохозяйственные культуры, другие – как виды, обеспечивающие среду обитания для рыб и иных водных животных, однако бурное развитие некоторых из них может затруднять судоходство, рыболовство и орошение.

Сельскохозяйственные культуры.

Одна из ведущих продовольственных культур в мире – рис (Oryza) – представляет собой водный злак. Североамериканские индейцы использовали в пищу также зерно канадского риса, относящегося к другому роду злаков, который сейчас продается как деликатес, обычно подаваемый с дичью. В качестве пряной зелени используют и жеруху лекарственную, растущую в холодных ручьях и по их берегам. Особенно много водных растений знает китайская кулинария; в их числе – богатые крахмалом клубни стрелолиста и болотницы (ситняга), рогатые плоды водяного ореха (чилима), корневища лотоса и т.д. Некоторые племена употребляют в пищу пыльцу и крахмалистые корневища рогоза.

Виды рдеста – прекрасный корм для водоплавающих птиц: клубнями и семенами этих растений питаются, например, утки. К другим ценным кормам для пернатых относятся камыш и канадский рис. Лоси поедают листья кувшинок и прочих водных растений, а бобры – их мясистые корневища. Богатые крахмалом корневища рогоза и клубни стрелолиста служат пищей для ондатры. Хороший грубый корм для крупного рогатого скота дают побеги ситниковых, осоковых и т.п.

Аквариумные виды.

Многие водные растения, особенно небольшие, выращивают в аквариумах для украшения и обогащения воды кислородом. В подогреваемой воде хорошо себя чувствуют растения теплых широт, в частности Elodea (Anacharis), некоторые виды Echinodorus из Южной Америки, Cryptocorne из тропической Азии, виды Aponogeton с Мадагаскара, из Африки и тропической Азии и виды Vallisneria из Южной Европы. Из североамериканских водных растений в аквариумах часто разводят кубышку (Nuphar), стрелолист, роголистник, элодею канадскую, кабомбу, болотоцветник ямчатый, уруть, ряску и пузырчатку. Для успешного роста всех этих растений требуется достаточно света – солнечного или искусственного. Однако слишком сильное освещение чревато бурным развитием водорослей, которые замутняют воду.

Декоративные растения для открытых водоемов.

Некоторые водные растения прекрасно украшают пруды и декоративные бассейны. Часто для этого используют кувшинки разных цветов и размеров, лотос, уруть, элодею, папирус и водяной гиацинт. Росту их лучше всего способствует плодородная донная почва.

Сорные растения.

Рдесты, роголистник, уруть, элодея, ряска, очереднопыльник филоксеровый, кубышки и кувшинки могут стать настоящими сорняками. С укорененными видами борются, срезая их под водой или драгируя дно водоемов тросом.

Некоторые водные растения становятся особенно агрессивными при интродукции в новые страны. Так, элодея канадская (Elodea canadensis), случайно завезенная в Европу более ста лет назад, вскоре после этого стала серьезной помехой для речного судоходства. Свободноплавающий водяной гиацинт (Eichhornia) из Южной Америки создал аналогичную проблему на юге США, а водяной орех из Азии – на востоке страны. Рдест курчавый (Potamogeton crispus) был интродуцирован в Северную Америку из Европы как ценное растение для рыбоводных прудов, но, размножившись здесь во многих водоемах, он иногда вытесняет не менее ценные местные виды. На востоке США и Канады угрожающе быстро расширяется ареал сусака зонтичного (Butomus umbellatus), попавшего туда также из Европы. Водные растения часто засоряют оросительные каналы, причем, если подводные виды замедляют ток воды, то полупогруженные вызывают прямые ее потери вследствие испарения своими воздушными частями – стеблями и листьями.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: