ВОДА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР План 1 Вода

ВОДА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

План 1. Вода в растении 2. Водный режим местообитаний 3. Экологические группы растений по отношению к водному режиму 4. Экологическое действие на растения снега и льда 5. Химический состав воды.

Вода имеет первостеленное значение в функционировании живых организмов. Это основная среда биохимических реакций, необходимая составная часть протоплазмы. Питательные вещества циркулируют в организме главным образом в виде· водных растворов; в таком же виде транспортируются, а в значительной степени и выносятся из организма продукты диссимиляции. Вода составляет основную массу организмов растений и животных; ее относительное содержание в тканях колеблется в пределах 50 --80 %, а у ряда видов и значительно выше. Так, в теле медуз содержится около 95 % воды, в тканях многих моллюсков до 92. От количества воды и растворенных в ней солей в значительной мере зависят внутриклеточный и межклеточный обмен, а у гидробионтови осмотические взаимоотношения с внешней средой.

Газообмен у животных возможен только при наличии влажных поверхностей. У наземных организмов испарение влаги участвует в формировании теплового баланса со средой. Водный обмен организма со средой складывается из двух противоположных процессов: поступление воды в организм и отдача ее во внешнюю среду. Животные получают влагу в виде питья, и этот путь для многих форм, даже водных, оказьвается необходимым. Многие организмы, особенно обитающие в водной среде, способны получать и отдавать воду через покровы или специализированные участки тканей, проницаемые для воды.

Для животных важным источником воды является пища; при этом значение ее в водном обмене не исчерпывается содержанием воды в тканях кормовых объектов. В процессе окисления органических веществ образуется так называемая метаболическая вода. Усиленное питание сопровождается накоплением в организме жировых резервов; значение этих запасов двойное: это и энергетический резерв, и внутренний источник поступления воды в клетки и ткани.

По степени солености естественные водоемы условно подразделяются на пресные с соленостью менее 0, 5 °/оо, солоноватоводныесоленость колеблется в пределах 0, 5 -16 и соленые -больше 16 о /оо. Соленость океанических водоемов составляет 32 -38 °/оо (в среднем 35 о /оо ), но самое высокое содержание солей характеризует не морские, а некоторые внутренние водоемы типа соленых озер, где концентрация электролитов доходит до 370 °/оо.

1. Вода в растении ~ 3, 5 млрд лет назад - хемоавтотрофы, потом фотоавтотрофы 2 млрд лет - разнообразие современных цианобактерий 1, 5 млрд лет - эукариоты 600 млн лет - многоклеточные слоевищные растения 400 млн лет - растительные организмы, которые стали осваивать сушу Растения на 50 — 98% состоят из воды. Формы воды в растениях: химически связанная конституционная вода - поддерживает состояние набухания цитоплазмы и других структур, вода в виде растворов - в клеточном соке вакуолей и проводящей системе растений. Гомеостатическая вода - наименьшее количество воды, при котором растение способно поддерживать постоянство внутренней среды (гомеостаз). у видов засушливых мест — 25 — 27, у растений средних условий увлажнения — 45 — 60, у организмов в условиях обильного увлажнения — 65 — 70% от массы сырого вещества. Гидратура (оводненность) - степень насыщенности водой цитоплазмы растительных клеток и целого организма. Пойкилогидричность и гомоиогидричность растений. пойкилогидрические (от греч. poikilos — различный) — переменно- увлажняющиеся гомойогидрические (от греч. homois — одинаковый) — постоянно увлажненные, способные поддерживать относительное постоянство обводненности тканей

Пойкилогидрические растения способны выносить сильное и длительное обезвоживание. низшие растения (водоросли, лишайники) и мохообразные, некоторые папоротники и цветковые растения жарких пустынь. Гомойогидрические растения регулируют свой водный режим за счет механизмов, защищающих цитоплазму от сильного обезвоживания Подавляющее большинство наземных растений У высших растений оводненность цитоплазмы сбалансирована с оводненностью клеточного сока и осмотическое давление его может служить мерой гидратуры цитоплазмы. Границы гидратуры определяются оптимальным и максимальным значениями осмотического давления. Чем шире амплитуда между ними, тем больше приспособительных возможностей изменения водного режима имеет растение. Эвригидрические виды - с широким диапазоном между оптимальным и максимальным осмотическим давлением клеточного сока. могут существовать при значительных изменениях водного режима или в резко отличающихся условиях обводненности. Гидрические виды - с небольшим диапазоном между оптимальным и максимальным осмотическим давлением. не выносят резких колебаний условий увлажнения, возможности расселения их ограничены. Гидростабильные растения - способны поддерживать свою гидратуру (развитие мощной корневой системы или ограничение расхода воды на транспирацию). Гидролабильные растения - с малыми возможностями поддержания осмотического давления

Формообразующее значение гидратуры При затрудненном водоснабжении у растений возникают признаки ксероморфизма: 1. Мелкоклеточность, уменьшение размеров органов и всего организма. 2. Устьица мелкие, но на единицу площади листа их много. 3. Утолщение листовой пластинки, при этом сильное развитие столбчатой ткани. 4. Клетки ксилемы мелкие, в них много механических волокон, общая площадь сосудисто-волокнистых пучков относительно велика. Сеть жилок густая, промежутков между ними немного. 5. Сильное развитие опушения, кутикулы, утолщение клеточных стенок. 6. Развитая корневая система, превосходящая по массе надземную часть. Растения с ксероморфными признаками устойчивы к завяданию, отличаются ранним цветением и плодоношением, долговечностью.

БАЛАНС ВОДЫ В РАСТЕНИИ Основные силы, вызывающие поступление воды в растение и ее передвижение: • транспирация • корневое давление, возникает разница водных потенциалов и вода передвигается осмотическим путем до проводящих элементов ксилемы. КОРНЕВОЕ ДАВЛЕНИЕ — сила, вызывающая в растении односторонний ток воды с растворенными веществами, не зависящий от транспирации. На корневую систему и поступление воды влияют: 1. Характер увлажнения почвенных горизонтов. 2. Температура 3. Обеспеченность минеральным питанием. фосфорные удобрения способствует росту и углублению корневых систем, а азотные — их усиленному ветвлению ТРАНСПИРАЦИЯ Траты при транспирации - 97 -99 % поступившей воды и много энергии Транспирация снимает опасность перегрева; транспирация тем выше, чем суше атмосфера Интенсивность транспирации — количество испаряемой растением воды с единицы площади листа за единицу времени (в граммах на 1 дм 2 в час). Транспирационный коэффициент — количество воды (г. ), испаряемой растением при накоплении 1 г сухого вещества. Продуктивность транспирации — величина, обратная транспирационному коэффициенту, показывающая количество сухого вещества (г. ), накопленного за период транспирации 1 кг воды.

2. Водный режим местообитаний Для наземных растений основной источник воды — атмосферные осадки. Количество зависит от общеклиматических условий, распределение — от рельефа, а конкретные условия увлажнения — еще и от почвы. важна для жизни растений относительная влажность воздуха. Сезонное распределение и типы осадков Снег, град, дождь – измеряемые осадки Роса, туман, изморозь и иней - неизмеряемые Снег, изморозь. иней пополняют водные запасы почвы, уровень грунтовых вод. Действие града. ВЕЛИЧИНЫ ОСАДКОВ В РАЗНЫХ БОТАНИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ЗОНАХ Восточная части Сахары - дождей не бывает по 10 лет, в пустынях Южной Африки 25 — 30 мм осадков в год, в сухом континентальном климате Приаралья и Прибалхашья — 80 мм; влажный тропический лес 2 500 мм в год. Для характеристики водного режима местности учет только количества осадков недостаточен. Важны гидротермические условия (коэффициент увлажнения – отношение среднегодовой суммы осадков на величину испаряемости с открытой водной поверхности в данных условиях).

ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ Вода почвы — основной источник влаги для растений, зависящей от общеклиматических условий и от капиллярной связи с грунтовыми водами. грунтовые воды минерализованы, но обеднены кислородом. Грунтовые воды обеспечивают резерв почвенной влаги, устраняющий перебои в поступлении воды. Водный режим почвы —совокупность всех поступлений, перемещений, удержания и расхода влаги за определенный период. Расход почвенной воды включает испарение, потребление воды растениями (десукция) и сток (поверхностный, внутрипочвенный, грунтовый). В России основные типы водного режима почв: 1. Мерзлотный тип: почва в течение вегетационного периода оттаивает на сравнительно небольшую глубину. Почвы обильно увлажнены за счет талого слоя и надмерзлотной верховодки из атмосферной влаги. Характерна лиственничная тайга. 2. Промывной тип: почвенно-грунтовая толща ежегодно промачивается атмосферными и талыми водами до грунтовых вод. Характерен для гумидных областей. 3. Периодически промывной тип: в разные годы водный режим складывается то по промывному, то по непромывному типу. Формируется в областях, где коэффициент увлажнения примерно равен 1. Серые лесные почвы широколиственных лесов и лесостепные черноземы. 4. Непромывной тип: почва промачивается на относительно небольшую глубину. Характерен для аридных областей глубоким залеганием грунтовых вод. Характерен для степных черноземов и каштановых почв. 5. Десуктивно-выпотной тип: возвращение влаги в атмосферу происходит в основном благодаря транспирации. Возникает в областях с коэффициентом увлажнения меньше 1. Характерен для лугово-черноземных и лугово-каштановых почв. 6. Выпотной тип: влага непосредственно физически испаряется. Возникает в аридных областях при очень близком залегании почвенно-грунтовых вод. Режим солончаков.

Количество воды в почве меняется в течение суток, по сезонам и по годам. Постоянно меняются и формы воды в почве: I) химически связанная 2) парообразная 3) сорбционно-связанная (гигроскопическая и пленочная) 4) свободная (гравитационная и капиллярная – в основном используется растениями). Влагоемкость - количество воды, удерживаемое почвой (полная в. , полевая в. ). ВОДНЫЙ РЕЖИМ ФИТОЦЕНОЗОВ В лесных фитоценозах перераспределяются атмосферные осадки (до 75%) задерживается кронами и затем испаряется. Очень гигроскопична лесная подстилка, впитывающая до 85% талой воды. Лесные растения активно транспирируют, повышается влажность лесного воздуха. Повышенная влажность обусловливает существование лесных трав-гигрофитов. Лесные массивы влияют на климат обширных территорий. Над лесными площадями осадков выпадает больше, чем над безлесными. Способствуя медленному таянию снега, лес сильно уменьшает наземный сток, препятствуя эрозии почв. В луговых травостоях тоже формируется свой микроклимат. Чем больше сомкнут травостой и чем больше его масса, тем больше он может задержать атмосферных осадков и тем больше влажность внутри него и над ним.

3. Экологические группы растений по отношению к водному режиму Все наземные организмы по отношению к водному режиму подразделяются на 3 основные экологические группы: • 1. Гигрофильные (влаголюбивые); • 2. Ксерофильные (сухолюбивые); • 3. Мезофильные (умеренная влажность). По характеру адаптаций, связанных с регуляцией водного режима, различают три группы растений: • 1) гигрофиты; • 2) мезофиты; • 3) ксерофиты.

КСЕРОФИТЫ– ЗАСУХОУСТОЙЧИВЫЕ Местообитание – места с недостатком влаги, засушливые районы – степи, пустыни. Приспособления: • Хорошо развиты корни, их масса в 10 -ки раз больше массы побегов (верблюжья колючка) • У некоторых нет листьев (саксаул) • У суккулентов стебли мясистые, листьяколючки (кактусы) стебель твердый, листья мясистые (алоэ, агава) • Уменьшение испарения воды за счет воскового налета на листьях (толстянка), опушение листьев

МЕЗОФИТЫ «мезо» - средний, «фитос» - растение Местообитание: Живут в условиях среднего, нормального увлажнения. Приспособления: • Большое количество устьиц Не выдерживают засухи, т. к. ……. . нет приспособлений для накопления и удержания влаги.

Г И Г Р О Ф И Т Ы- влаголюбивые «гигрос» - влажный, «фитос» - растение Местообитание: сырые леса, болота, берега водоемов, тропические влажные леса Особенности: нет приспособлений для ограничения расходования воды Приспособления для удаления избытка влаги: 1. крупные устьица; 2. часто образуются волоски из живых клеток для увеличения поверхности испарения; 3. слаборазвитая корневая система; лиана

Представители болотных гигрофитов Росянка Белокрыльник (болото) Фиалка болотная Седмичник (сырые леса)

Гигрофиты на берегах водоемов – «земноводные растения» осока тростник камыш рогоз

Гидрофиты «гидро» -вода, «фитос» -растение А. Полностью погружены в воду или плавают на поверхности. Особенности: 1. Плохо развиты сосуды или отсутствую совсем. 2. Не развита механическая ткань, т. к. … вода сама поддерживает растение в вертикальном положении 3. Есть воздушные полости в черешках листьев. 4. Увеличение поверхности тела по сравнению его массой. 5. Не выживают на воздухе. роголистник рдест водокрас

лилия кубышка лотос

Гидрофиты «гидро» -вода, «фитос» -растение Б. Способны жить и вне воды, но корни должны быть обязательно в воде. частуха стрелолист телорез

4. Экологическое действие на растения снега и льда Снег — хороший тепло- изолятор, эффективно задерживающий отдачу тепла почвой. Под снежным покровом сохраняется температура, которая может быть значительно выше атмосферной. Измерения показали, что при высоте его в 40 см и температуре воздуха -20 °С температура под снегом может быть лишь ненамного ниже 0 °С или нулевая. Снежный покров также хорошо предотвращает зимнее иссушение растений. Однако сама поверхность снега и тонкий прилежащий к ней слой воздуха охлаждаются очень сильно. Поэтому в тундре и горах возвысившиеся над снежным пологом части растений гибнут, формируя ровную (как бы подстриженную) поверхность растительного сообщества.

5. Химический состав воды. Основные (преобладающие) компоненты: • В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO 3 -, хлорид Cl- исульфат SO 42 -) и четыре катиона (кальций Ca 2+, магний Mg 2+, натрий Na+ и калий K+) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфатионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90 -95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br-, B 3+, Sr 3+ и др. Отнесение ионов K+ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K+ могут играть главную роль

• • Атмосферные осадки из всех природных вод наименее минерализованы, но по химическому составу растворенных в них веществ они не менее разнообразны, чем другие природные воды. Источником их состава являются аэрозоли атмосферы. Воды большинства рек принадлежат к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эта вода имеет почти исключительно преобладание кальция. Состав морской воды характеризуется большим содержанием солей. Подземные воды отличаются исключительным разнообразием химического состава, в том числе и ионного.