Вода как экологический фактор

Вода как экологический фактор

Тело растения на 50—90% состоит из воды. Особенно богата водой цитоплазма (85—90%), много ее и в органеллах клетки. Весьма богаты водой сочные плоды, лягкая 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 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 транопирацию 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 его 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, он во многом определяет степень водоемности 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 ли на.поверхности почвы -при внезапных потеплениях после дождя, часто вызывает механические повреждения растений. Изморозь, :или рыхлый лед на 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 ух 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 воздух относительная влажность его увеличивается, и когда достигает 100% (так называемая точка росы), начинается конденсация паров в виде капель. Относительной влажность обычно измеряют психрометром, по 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.

В отличие от дождя, количество которого можно измерить дождемером, или снега, количество которого определяют растаиванием определенного его объема, росу и туман измерить дождемером невозможно. Но роса и туман имеют также важное значение для растений и растительности. Подсчеты показали, что выпадение осадков в виде росы может достигать иногда 10—20% от годовой суммы осадков в данном месте. Однако количество конденсирующейся при выпадении росы влаги в течение суток невелико. Имеются данные, что количество росы, выпадающее за одну ночь, как правило, не превышает 0,2 мм. Поэтому, например, в практически бездождных пустынях юго-западной части Африки, где, кстати, очень часты туманы, они почти не имеют значения в жизни растений, поскольку могут смочить слой песка толщиной не более 1—2 см, а такой слой полностью пересыхает днем. Но в засушливых местах и в пустынях роса может поддерживать водный режим листьев, и, кроме того, имеет довольно большое значение для существования низших растений (лишайников и водорослей), покрывающих иногда значительным слоем поверхность песка, почвы или скал. Определенную роль играет туман как источник увлажнения листьев и почвы в поясе так называемых туманных лесов во многих горных системах мира, особенно в Новой Зеландии, в Северной и Южной Америке и др. Очень сильное образование росы наблюдается во влажных тропиках. Но в этих районах так часты осадки, что добавление влажности за счет росы почти не имеет значения, разве что для многочисленных эпифитов.

В умеренной зоне было бы неправильно полностью игнорировать росу и туман, но нельзя и переоценивать их значение. Дело в том, что какого-то существенного повышения влажности почвы за счет тумана, видимо, не происходит, если только туман не переходит в дождь. Большое значение, вероятно, имеет непосредственная конденсация воды в почве и на ее поверхности (роса), особенно в том случае, если температура почвы значительно ниже температуры воздуха. Однако количественные оценки этого явления пока недостаточно известны. Видимо, некоторое значение имеет восприятие росы непосредственно самим листом. Но в общем балансе потребления влаги доля его невелика, хотя некоторые опыты показали, что если участок растительности защищать от, выпадения на него росы, то растения развиваются хуже, чем на незащищенных. Гораздо большее значение имеют роса и туман в том отношении, что они снижают транспиранию растений, особенно в критические моменты когда почва не имеет достаточного количества воды. Это важно, например, для отростков, корни которых располагаются в поверхностном, быстро пересыхающем слое почвы. С другой стороны роса вредна тем, что облегчает заражение растений грибками. Так, отмечено, что картофель гораздо сильнее поражается фитофторой в туманные, росные дни. Таким образом, роса и туман не увлажняют сухого аридного климата, но значительно повышают влажность гумидного (влажного) климата и смягчают отрицательное воздействие коротких сухих периодов.

2. Гидрофиты – растения водных местообитаний.

Высшие водные растения вынуждены адаптироваться к особенностям мин. Питания, газового и светового режимов, движению воды в водоемах. Г.И. Поплавская (1948) решила разделить на несколько групп:

1) Гидатофиты – полностью погруженные растения (над водой могут быть лишь цветки). Среди них различают а) неукореняющиеся, или взвешенные (роголистники)

б) укореняющиеся (водяные лютики)

2) Аэротогидатофиты – растения с плавающими листьями. Среди них также а) неукореняющиеся (водокрас, ряски), б) укореняющиеся (кувшинки, кубышки, водный лютик)

3) Собственно гидрофиты (в узком смысле) – имеют листья расположенные над водой. Они обычно по берегам водоемов (стрелолист, камыш озерный).

Ксерофиты – растения приспособившиеся к жизни в засушливых местах.

По морфологическим особенностям подразделены на Л. Бриггс и Г. Шанцс (1914):

1. Избегающие засухи – пустынные и степные виды с коротким, обычно весенним периодом развития. Безводный период эфемеры переживают в виде семян (пустынный мак), а эфемероиды в виде подземных органов (тюльпаны)

2. Уклоняющиеся – виды с мощной поверхностной корневой системой, быстро поглощающей дождевую влагу или развивающие корни, достигающие грунтовых вод (фреатофиты). Верблюжья колючка, проникают в глубину более 15 м.

3. Выдерживающие засуху – настоящие ксерофиты.

По анотомо-морфологическому строению и характеру адаптаций к засухе настоящие ксерофиты делят на суккуленты и склерофиты.

Суккуленты – многолетние сочные растения с сильно развитой водозапасающей паренхимой.

Склерофиты – растения с сухими жесткими листьями, имеющими толстую кутикулу и развитые механические ткани.

Мезофиты – эту группу составляют как с типичным мезоморфным растением, так и с разными уклонениями в сторону гигро- или ксероморфной организации.

В связи с обитанием в разных условиях А.П. Шенников (1950) выделил несколько групп мезофитов:

1. Вечно зеленые мезофиты влажных тропических лесов – это глав. образом деревья и кустарники, круглый год обеспеченные влагой, элементами мин. питания и теплом, что позволяет им постоянно расти. У них крупные мезоморфные листья большей частью теневые. В теплом сыром воздухе влажного тропического леса обычна интенсивная гуттация (пассивное выделение растворов через спец. комплексы клеток.

2. Зимнезеленые деревянистые мезофиты – распространены в континентальных частях тропической и субтропической зоны, где за теплой влажной зимой следует засушливое лето. Деревья и кустарники теряют листву на время летней засухи. В период вегетации они обеспечены влагой и имеют мезоморфное строение листьев, а в весенний листопад освобождаются от излишней испаряющей поверхности.

3. Летнезеленые деревянистые мезофиты – деревья и кустарники умеренных зон, сбрасывающие листья на холодный период. Отличаются большой изменчивостью признаков.

4. Летнезеленые многолетние травянистые мезофиты - в основном обитатели лугов. Строение листьев в физиологические особенности растений этой группы разнообразны, с уклонами в гигро- или ксероморфность.

5. Эфемеры и эфемероиды – сохраняют мезоморфностьв засушливых местообитаниях пустынь и степей.