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

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 (обводненность) - 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 обводненность цитоплазмы сбалансирована с обводненностью клеточного сока и осмотическое давление его может служить мерой гидраторы цитоплазмы. Границы гидраторы 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 гидратору (развитие мощной корневой системы или ограничение расхода воды на транспирацию). Гидролабильные растения - с малыми возможностями поддержания осмотического давления

Формообразующее значение гидраторы 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 % 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. Пшенице для накопления 1 г сухого вещества нужно пропустить через себя кратное количество воды, а более засухоустойчивому просу 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 мм осадков в год, в сухом континентальном климате Приаралья и Прибалхашья 80 мм; влажный тропический лес 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). Ку > 1 – гумидные территории Ку < 1 – аридные территории

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 (дедукция) 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 (гигромкопическая 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 гигромкопична лесная подстилка, впитывающая до 85% талой воды. Лесные растения активно транспортируют, 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

К С Е Р О Ф И Т Ы – 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, листья- колючки (кактусы) стебель твердый, листья мясистые (алоэ, агава) Уменьшение испарения воды за счет воскового налета на листьях (толстянки), опушение листьев

М Е З О Ф И Т Ы «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 «гигром» - 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 Фиалка болотная Седмичник (сырые леса)Белокрыльник (болото) росянка

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. рдест водокрас роголистник

кубышка лилия лотос

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

4. Экологическое действие на растения снега и льда