ВЫСШИЕ ВОДНЫЕ РАСТЕНИЯ В СИСТЕМЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА И ОСОБЕННОСТИ ИХ ОРГАНИЗАЦИИ. Водные высшие растения
8.2. Высшая водная растительность (макрофиты)
К автотрофным организмам водоемов, продуцирующим органическое вещество, относятся макрофиты (фитобентос), образующие своеобразные прибрежные фитоценозы (рис. 8.3.). Макрофиты — это водные цветковые растения и некоторые высшие водоросли. Качественный и количественный состав макрофитов тесно связан с общими экологическими условиями водоемов, устройством их котловин, химическим составом воды, характером донных отложений и др. Занимая прибрежную зону, именно макрофиты принимают на себя и усваивают основные сбросы биогенных веществ с водобора. В этом смысле прибрежные водные растения в определенной степени регулируют расход питательных элементов и проникновение их в пелагическую зону озера.
Глубина распространения высших водных растений зависит прежде всего от глубины проникновения солнечых лучей. При средней глубине 3—4 м в прозрачных водоемах они распространяются до 7—8 м, образуя группы растительных формаций: водно-болотной, воздушно-водной (полупогруженной), с плавающими листьями, погруженной. Каждая группа формаций располагается на определенных глубинах и образует хорошо выраженные полосы, параллельные берегу.
Рис. 8.3. Представители озерно-прудового бентоса (по Одуму, 1975).
Полоса водно-болотных растений занимает обычно низкую прибрежную зону, где представлены такие растения, как аир обыкновенный (Acorus calamus L.), осоки (Carex nigra, С. acuta (L.), ситняг игольчатый (Eleocharis acicuiarls (L.), калужница болотная (Caltha palustris), лютик ядовитый (Ranunculus sceleratus), стрелолист (Sagittaria Sagittifolia (L.) и др.
По арактеру аспространения и внешнему виду большой интерес представляет полоса воздушно-водных (полупогруженных) растений, которая создает своеобразный «второй берег» озера и фиксирует положение бровки литорали на глубине от 1 до 2 м. Обычно на песчаных и песчано-галечниковых литоралях получают развитие чистые ассоциации тростника (Phragmites communis (Frin.), на заиленных грунтах к нему примешивается или доминирует камыш (Scirpus lacusiris (L.), а также манник водяной (Glyceria aguatica (L.), некоторые виды хвоща. Полупогруженные растения живут почти наземной жизнью, используя солнечный свет и углекислый газ непосредственно из атмосферы. Вместе с тем воздушно-водным растениям, подверженным влиянию сильной волно-прибойной деятельности, свойственна устойчивость против динамического воздействия прибойной волны, которая достигается эластичностью стеблей, способностью к вегетативному размножению. Однако вблизи абразионных и аккумулятивных берегов макрофиты обычно отступают, образуя лагуну затишья между полосой растительности и берегом.
Полоса растений с плавающими листьями распространяется до глубины 3 м. Обычно она образует прерывистые бордюры вдоль тростниково-камышовой полосы, но наибольшей ширины достигает и заливах с илистым дном. В отличие от полупогруженных макрофитов растения с плавающими листьями используют атмосферный воздух лишь отчасти. В этой зоне почти не ощущается волнения, так как упругие мощные стебли, плотные широкие листья являются надежным заслоном ветру. В полосе растений с плавающими листьями наиболее распространены кувшинка белая (.Nymphaea Candida (L.), кубышка желтая (Nuphar luteum (L.), рдест плавающий (Potamogeton natans (L.), гречиха земноводная (Spirodela polyrrhiza (L.), а в сильно заросших озерах — различные виды ряски.
В большинстве озер Белоруссии значительно распространена полоса растений, полностью погруженных в воду и только на время цветения выбрасывающих соцветия над водой. Наиболее характерны для этой полосы рдесты: блестящий (Potamogeton lucens (L.), пронзеннолистный (P. perfoliatus (L.), сплюснутый (P. compressus (L.), плавающий (Р. natans (L.) и др. Кроме того, большое развитие получила ассоциация элодеи (Elodea canadensis (Rich.), роголистник погруженный (Ceratophyllum demersum (L.), лютик жестколистный (Ranunculus circinnatus (Sibt.). На мощных илах поселяются турионы: телорез (Stratiotes aloides (L.), уруть (Myriophyllum (L.). Глубоко (до 7—8 м) проникают высшие водоросли: лучица (Chara sp.), блестянка (Nitella sp.), а также водные мхи (Fontinalis, Calliergon sp.).
В чистых озерах, слабо затронутых деятельностью человека, можно встретить представителей редких и реликтовых растений: водяной орех (Тгара natans), альдрованду пузырчатую (Aldrovanda vesiculosa), меч-траву (Cla-dium mariscus R. Br), лобелию Дортмана (Lobelia Dortmanna) и др. Характер зарастания озер имеет свои закономерности. Наибольшие площади зарастания за счет подводных макрофитов наблюдаются в глубоких и прозрачных озерах. Сплошное зарастание с преобладанием надводных ассоциаций свойственно мелководным дистрофирующим озерам.
Изучение законов распространения макрофитов позволяет отметить определенную связь их с характером грунтов и строением ложа озера. При этом создается своеобразный комплекс микроусловий, который нередко становится типичным и может быть отнесен к рангу низших ландшафтных единиц —• фаций, развивающихся внутри сложного озерного урочища.
Наиболее распространены в озерах Северной Белоруссии песчаные литоральные фации тростниково-камышовой ассоциации с примесью других макрофитов, а также песчано-галечниковые литоральные фации с разреженной тростниковой ассоциацией. Редко встречающаяся каменистая литоральная фация почти свободна от макрофитов. Бедны растительностью и глинистые литоральные фации, которые, кроме тростника, включают лишь некоторые рдесты (пронзеннолистный, гребенчатый).
Фации заиленных литоралей отличаются богатством макрофитов. Тростник, камыш, манник в них сочетается с хвощом, рдестами курчавым и плавающим. На сильно заиленных литоральных фациях отмечаются заросли курчавого рдеста, элодеи, урути. Разнообразен состав макрофитов в реже распространенных карбонатных литоральных фациях. Растительные ассоциации представлены здесь элодее-рдестовой, харово-рдестовой, харовой. Наконец, торфяные литоральные фации, как правило, бедны макрофитами.
На крутых, сильно опесчаненных или глинистых сублиторальных фациях широко распространены рдесты (блестящий, гребенчатый), роголистник, гречиха земноводная. На более заиленных и пологих сублиторальных фациях развиваются рдесты (курчавый, плавающий), гречиха земноводная, роголистник, ряска. Однако больше всего здесь водных растений с плавающими на поверхности листьями. Особую фацию представляют участки, сложенные карбонатными сапропелями. Для них характерны харовые водоросли с примесью элодеи, рдестов (туполистного, маленького) и роголистника (табл. 8.1 и рис. 8.4).
Рис. 8.1. Ландшафтные профили через озерап: а – Паулье (Ушачская группа озер), и б - Наросчь . Условные обозначения в таблице 8.4.
Таблица 8.1.
Профиль через озеро Нарочь в створе д. Стебенево – д. Наносы
Фации убина, м Характер отложений* Растительная ассоциация
1 0,0—0,7 Песок заиленный Ежеголовниково - элодейно-ряс-
ковая. 24 вида
2 0,7—1,0 » л Камышово-харово-рдестовая.
11 видов
3 1,0—3,0 » Харово-телорезовая с рдестом.
3 вида
4 3,0—6,0 » Харово-роголистниковая.
4 вида
5 6,0—8,0 Сапропель карбонатный Роголистниковая. 2 вида
6 4,0—6,0 » Элодейно-роголистниковая.
4 вида
7 2,0—4,0 Песок с галькой Харово-моховая. 4 вида
3 вида
*
9 7,0—9,5 Сапропель карбонатный Роголистниковая. 2 вида
10 6,0—8,0 » Харовая. 2 вида
11 5,0—6,0 » Элодейно-роголистниковая.
4 вида
12 2,0—5,0 Песок заиленный с ра- Элодейно-харовая. 3 вида
кушками
13 0,6—2,0 Песок заиленный* Тростниково-харовая. 2 вида
14 0,6—0,2 Песчано-галечниковы Рдестово-харовая
материал*
* Песчаные отложения на глубине 8—10 см подстилаются карбонатным сапропелем.
Современные схемы зарастания озёр формировались на протяжении и их экосистемы прошли длительный период развития от олиготрофного типа современного состояния, с разным уровнем трофности и, соответственно, развития растительности. С начала голоцена в поздне-послеледниковое время до сегодняшнего дня шел непрерывный процесс трансформации гидрологических условий и эволюции растительных сообществ.
На первом этапе в относительно холодных олиготрофных водоёмах с низкой минерализацией и невысоким содержанием биогенных элементов, кислорода в воде развитие макрофитов на минеральных грунтах было ограничено (г.с. Гигевич, 1995). Отсутствие хорошо сформировавшихся мелководных литоралей также препятствовало расселению растительности. Процесс выполаживания ложа, поступление преимущественно терригенного песчаного материала не способствовали и разнообразию их видового состава. Он был беден, количество типичных водных растений не превышало 10 и в водоёмах преобладали олигосапробные виды (мхи, полушник озёрный) и космополиты (тростник, кубышка желтая), среди фитопланктона — диатомовые водоросли.
Последующие колебания климатических эпох выражались в чередовании теплых и холодных периодов, относительных потеплений и похолоданий, в изменении режима увлажнения водосборов, условий озёрного седиментогенеза. Параллельно шли медленные процессы организации экосистем на новом уровне, повышение трофности с одновременным увеличением органического вещества в воде. В процессе роста трофности происходит обогащение водной флоры бетасапробными видами. В растительном покрове доминируют элодеиды — рдест широколистный, элодея, роголистник, харовые водоросли. В пребореале и бореале некоторые озёра достигли мезотрофного уровня. Часть из них в соответствии с гидроморфологическими показателями приобрела облик, характерный уровню развития современных озёр типа Долгое и Нарочь. В продукции органического вещества основную роль играют макрофиты, с характерной поясностью надводных, погруженных и растений с плавающими листьями, среди которых преобладают виды рода Potamogeton, харовые водоросли. Количество видов увеличивается до 60 (оз. Нарочь), а биомасса до 1г 02/м2.
На следующем этапе эволюции экосистем в атлантический и суббореальный периоды часть озёр достигает уровня эвтрофного типа с соответствующей структурой фитоценозов. Озёра с доминированием кальцефильной растительности имели широкое распространение в атлантическое время. Дальнейшее обогащение экосистем водоёмов питательными веществами и рост трофности к смене состава макрофитов и исчезновению бетамезосапробных и появлению альфасапробных видов (рдесты узколистые). В высокоэвтрофных водоёмах преобладают надводная растительность и растения с плавающими листьями. Общее число видов снижается до 20—30. Большинство озёр Беларуси относится сейчас к этому типу. Среди эвтрофных водоёмов выделяется несколько подтипов, отличающихся специфическими условиями развития водной растительности.
На завершающем этапе с начала суббореала и до настоящего времени часть озёр приблизилась к последней стадии эволюции. Озёра заполнились донными отложениями, их котловины выположились. Уровень продуктивности падает. Озёра полностью зарастают водной растительностью, которая позже перерождается в болотную. Структурная перестройка растительных сообществ завершается полным исчезновением гидрофитов в заполненных отложениями пологих котловинах водоёмов дистрофного типа со сплошными зарослями гелофитной растительности.
В озёрах водная растительность создает три основные зоны, которые опоясывают весь водоём концентрическими, вдоль берега полосами. Наиболее мелководные прибрежные полосы заселяются надводными растениями (полупогруженными, аэрогидрофитами). Глубже распространяются погруженные, а в укрытых от волнения заливах обычно получают распространение растения с плавающими на поверхности листьями или свободноплавающие. Видовой состав макрофитов, глубина распространения, площадь зарастания являются функцией многих показателей. К их числу относятся: наличие мелководий, характер донных отложений, гидродинамические, гидрологические параметры, а также гидрохимические условия.
Исключая растительность озёрной поймы, которая представлена водноболотными растениями, в пределах водной акватории пояс надводных растений простирается до глубины 2—1 м, погруженных (глубины 1—2 м) и пояс с плавающими листьями и другими вегетативными органами (В.М. Катанская, 1981). По некоторым данным (О.Ф. Якушко, 1967; I.Sarkinene, 1964) выделяется до 6 полос водной растительности. Каждый пояс в озёрах разного типа выражен неодинаково. Развитие поясов растительности связано с типом зарастания. По И. Шаркинене (I.Sarkiniene, 1964) выделяется фрагментарный, поясно-фрагментарный, поясно-сплошной и трясинный типы зарастания озёр.
В озёрах с фрагментарным типом зарастания все растительные пояса развиты слабо, с поясно-фрагментарным типом — более сильно, а с поясно-сплошным — очень сильно. В озёрах трясинного типа зарастания перечисленные полосы развиты слабо (А.А. Гарункштис, 1975). Здесь обычно отсутствуют полосы широколиственных камышей и нимфеидов, малочисленны гелогидрофиты. Полоса лимнеидов в озёрах всех типов зарастания развита хорошо, за исключением озёр трясинного типа зарастания, где полоса лимнеидов, как и другие полосы водных растений, развиты слабо. Нередко встречаются озёра,в которых полоса лимнеидов совсем отсутствует. Степень зарастания акваторий от озёр фрагментарного зарастания к озёрам поясно-фрагментарного, поясно-сплошного уменьшается и значительно уменьшается у озёр трясинного типа зарастания.
На современном этапе развития в естественных условиях выделенные типы водоёмов по уровню трофии отличаются устойчивой структурой растительных сообществ и своей продукционно-функциональной организацией (Т.Н. Покровская, 1979, и др.). Наибольшей продуктивной способностью отличаются водоёмы эвтрофного типа. При интенсивном загрязнении водоёмов происходит ускоренный процесс эвтрофирования, или даже гипертрофирования.
Процесс интенсивного развития водной растительности на начальном этапе загрязнения завершается резким ее падением и дальнейшей заменой болотными видами. Типичные водные растения полностью исчезают, гелофиты представлены только тростником, аиром и манником.
Как показывают длительные мониторинговые исследования развития водной растительности при различных условиях антропогенной нагрузки (36 лет), видовой состав водной растительности имеет тенденцию к его уменьшению. Больше реагируют на эти воздействия погруженные гидрофиты. На рисунке 8.5. представлена система мониторинга водной раститеьности в озерах Беларуси.
Рис. 8.5 Схема мониторинга высшей водной растительности озер
(по Б.П. Власову, Г.С. Гигевич, 2002)
В результате жизнедеятельности макрофитов создается органическое вещество, биомасса которого является (как и биомасса фитопланктона) составной частью первичной продукции водоема. Соотношение биомассы высших водных растений и фитопланктона дает возможность разделить озера на три группы, которые соответствуют их генетическим типам: 1) в глубоких прозрачных мезотрофных озерах (Волос Северный, Ричи) основную роль в создании первичной продукции играют макрофиты; 2) в среднеглубоких мезатрофных и неглубоких слобоэвтрофных озерах значение фитопланктона и макрофита примерно выравнивается, а в числе последних наряду с подводными увеличивается биомасса полупогруженных растений; 3) в мелководных слабопроточных эвтрофных озерах основу первичной продукции составляет фитопланктон, а среди макрофитов преобладают надводные и с плавающими листьями.
studfiles.net
Высшая водная растительность (макрофиты)
Макрофиты играют как положительную, так и отрицательную роль в формировании качества воды. Они являются мощными агентами очистки воды от солей; в то же время обильное их развитие снижает скорость течения реки, что приводит к заилению, обильному развитию перифитона, зоопланктона и фитопланктона, способствующему эвтрофикации водоема. Кроме того, разлагаясь в осенне-зимний период, макрофиты служат источником дополнительного загрязнения реки.
Воздушно-водные и погруженные растения могут произрастать при больших динамических нагрузках, когда максимальная придонная скорость не в состоянии перемещать грунт. Растения с плавающими листьями способны образовывать фитоценозына участках, где придонные максимальные скорости не превышают 0,2 м/с.
Водная растительность лучше развивается на глинистом, хуже – на песчаном дне. Глубина при этом колеблется от менее чем 0,3 до 2 – 3 м. Скорости течения также изменяются от 0,3 – 0,4 до 0,6 – 0,7 м/с. Скорости выше приведенных лимитируют развитие водной растительности.
Группы макрофитов. Наиболее распространены представители трех экологических групп растений: воздушно-водных – тростник, рогоз, камыш, манник и др; погруженных – рдест, уруть, элодея, роголистник; с плавающими листьями – кувшинки, водокрас, рясковые.
Водные растения плавающие – водные растения, не имеющие органов прикрепления к грунту (к этой группе относятся макрофитные планктонные водоросли, а также некоторые сосудистые растения – Hydrocharis, Lemna, Salvinia natans и др.).
Водные растения прикрепляющиеся – водные растения, органы прикрепления к грунту которых выполняют только функцию фиксации организма и не участвуют в его снабжении элементами минерального питания (к этой группе относятся макрофитные бентосные водоросли, мхи и печёночники, а также некоторые сосудистые растения – ряд таксонов Podostemaceae, Utricularia intermedia).
Водные растения укореняющиеся – водные растения, специальные органы прикрепления к грунту которых помимо фиксации организма выполняют также функцию снабжения его элементами минерального питания (к этой группе относиться большая часть сосудистых водных растений).
Воздушно-водные растения, или гелофиты – укореняющиеся растения, вегетативное тело которых расположено как в воде, так и над её поверхностью. Растения данной группы занимают прибрежные мелководья с глубиной до 1 (2) м. По высоте побегов их делят на высокотравные (Phragmites australis, Scirpus lacustris, Typha angustifolia и др.) и низкотравные (Butomus umbellatus, Sagittaria sagittifolia, Sparganium erectum и др.).
Истинно-водные растения, или гидрофиты – растения, которые для нормального прохождения своего жизненного цикла требуют постоянного контакта своего вегетативного тела с водной средой. Различают растения, плавающие в толще воды (Ceratophyllum demersum, Lemna trisulca), погружённые укореняющиеся или прикрепляющиеся растения (Myriophyllum, большинство Potamogeton, харовые и прочие крупные водоросли), укореняющиеся растения с плавающими на воде листьями (Nuphar, Nymphaea, Persicaria amphibia, некоторые Potamogeton) и растения, плавающие на поверхности воды (Hydrocharis, Lemna, Spirodela).
Растения уреза воды (гигрогелофиты) – растения, типичными местообитаниями которых является низкие уровни береговой зоны затопления, зона контакта берега и водного тела (т.е. уреза воды) и прибрежные отмели с глубиной до 20 (40) см; многие из них типичны для окраин озёрных сплавин (Agrostis stolonifera, Bolboschoenus maritimus, Calla palustris, Caltha palustris, Carex acuta, Catabrosa aquatica, Cicuta virosa, Comarum palustre, Eleocharis acicularis, Glyceria fluitans, Iris pseudacorus, Lythrum salicaria, Oenanthe aquatica, Ranunculus lingua, Rorippa amphibia, Rumex hydrolapathum, Sium latifolium).
Земноводные растения – растения, которые могут пройти весь свой жизненный цикл как по типу истинно-водного, так и по типу наземного растения (Callitriche palustris, Elatine hydropiper, Persicaria amphibia и др.).
Зарастание водоемов. Зарастание – процесс появления и развития растительного покрова на акватории водоёма или водотока, который завершается переходом водной экосистемы в болотную.
Зарастание водоемов происходит в результате выноса в них минеральных и органических веществ с водосбора, а также отложения отмирающих организмов, приводящих к обмелению и эвтрофикации водоемов.
Как правило, зарастание водоемов начинается со дна (от берега к центру). Второй путь зарастания: от центра к берегам, путем нарастания сплавины – мощного травяно-мохового ковра, плавающего на поверхности воды.
Небольшие заросли подводной растительности выполняют положительную роль в водоеме, так как они являются местом нереста фитофильных рыб. Если же водные растения занимают более 25 % площади водоема, то они оказывают отрицательное влияние на ихтиофауну.
В этом случае снижается рыбопродуктивность водоема и ухудшается его гидрохимический режим. В темное время суток растения могут создавать дефицит кислорода в воде и тем самым вызвать замор рыбы в водоеме.
Для предотвращения указанных негативных явлений в водоеме жесткую надводную растительность (камыш, рогоз, тростник) выкашивают при помощи камышекосилок. Мягкую подводную растительность удаляют из водоема при помощи водяной бороны – деревянного треугольника с зубьями из гвоздей с прикрепленными по углам крюками. Биомассу зеленых растений используют как органическое удобрение в озерных хозяйствах и в качестве корма для домашнего скота. Плавающая растительность – ряска – является прекрасным кормом для водоплавающей птицы. Ее удаляют из водоема специально сконструированными небольшими бреднями.
В водоемах с пологими, низкими берегами болотная растительность располагается концентрическими кругами. В местах наибольшей глубины (около 6 м) на дне произрастают водоросли. Эти места называют поясом микрофитов (от греческих слов «микрос» – маленький и «фитой» – растение). На меньших глубинах пояс микрофитов переходит в пояс макрофитов (от «макрос» – большой). Здесь растут под водой более крупные растения: зеленые водоросли – хара, нителла, мхи и некоторые цветковые растения – рдест узколистный, роголистник.
Ближе к берегу, на глубине не меньше 3 м располагается пояс широколистных рдестов. Кроме рдестов здесь растет уруть с сильно рассеченными листьями, распластанными в толще воды. За этим поясом идет пояс кувшинок. Здесь раскрывают свои нежные лепестки белые кувшинки (водяные лилии), рядом скромные кубышки с желтыми цветками, слегка покачивается на прибрежной волне рдест плавающий. У растений пояса кувшинок корневища скрыты в иле на глубине от 2,5 до 4 м, а листья – обычно широкие, с длинными черешками – плавают на поверхности воды.
На меньших глубинах – от 1,5 до 3 м – развивается пояс камышей. Камыши, тростники и хвощи образуют здесь сравнительно плотную травянистую массу. Еще ближе к берегу расположены пояс крупных осок и пояс мелких осок. В этих двух поясах вода сильно прогревается и болотные растения более разнообразны. Кроме осок здесь растут стрелолист, сусак, ежеголовник, частуха, ситняг, лютик, ирис болотный. У некоторых из этих растений листья на различной глубине принимают разные формы – подводную, плавающую и надводную. Пояс мелких осок примыкает к самому берегу. Дальше идет уже наземная растительность.
Ежегодные отложения остатков отмерших растений приводят к обмелению водоема. Растительные пояса сменяют друг друга, передвигаются от берега к центру, сжимая открытую водную поверхность все более тесным кольцом. В конце концов наступает время, когда на месте бывшего водоема остается один пояс мелких осок. Так водоем превращается в осоковое болото. Водоемы, которые у берегов очень глубоки, или водоемы со спокойной, защищенной от ветра поверхностью часто заболачиваются нарастанием сплавины.
Самоочищение
Об очистительной способности реки известно давно. Этим свойством владеет живое вещество реки. По своей производительности оно может сравниться с огромной очистительной фабрикой. Нам следует полнее ее использовать и, что намного важнее, не мешать ей работать своим вмешательством.
В реке каждый компонент гидробиоценоза выполняет определенную функцию по очистке воды. Моллюски, например, пропускают через себя (одна особь) за сутки до 3 л воды, очищая ее от всех примесей, в том числе и от взвешенных частиц. Особо следует остановиться на значении высших водных растений в процессах самоочищения. Эти растения жестко прикреплены к субстрату и являются основой для образования сложных гидробиоценозов, очистительная способность которых превосходит таковую почти всех гидробионтов, взятых в отдельности. Функция высшей водной растительности в водотоках разнообразна и многочисленна: они поглощают и аккумулируют биогенные элементы и органические соединения, являются хорошими фильтраторами, могут выступать также в качестве детоксикаторов пестицидов и других токсических загрязнителей, попадающих в водоемы и водотоки со сточными водами.
Велика роль высших водных растений в процессах поглощения и накопления минеральных элементов поступающих в водотоки со стоком с сельскохозяйственных угодий и других площадей водосбора. Этим растениям присуща избирательная способность в поглощении азота, фосфора, калия и других элементов. Наибольшая интенсивность поглощения макрофитами минеральных веществ наблюдается в период развития и усиленного роста. В основе процесса самоочищения лежит круговорот биогенных элементов в водотоке (водоеме), в котором роль высших водных растений чрезвычайно велика. Наиболее активно поглощаются и используются растениями азот, фосфор, калий, железо, хлор и марганец. Азот и фосфор аккумулируются почти всеми растениями в одинаковом количестве (табл. 13.2). Остальные биогены поглощаются и аккумулируются в неодинаковых количествах.
Таблица 13.2
Накопление некоторых биогенных элементов высшими водными растениями, % на сухое вещество
| Объект исследования | Элементы | ||||||
| Азот | Фосфор | Калий | Кальций | Марганец | Натрий | Хлор | |
| Тростник обыкновенный | 2,17 | 0,35 | 1,70 | 0,38 | 0,10 | 0,14 | 1,36 |
| Рогоз узколистый | 2,52 | 0,41 | 1,19 | 1,07 | 0,15 | 0,51 | 1,20 |
| Камыш озерный | 2,34 | 0,39 | 2,37 | 0,89 | 0,12 | 0,40 | 1,56 |
| Сусак зонтичный | 2,66 | 0,40 | 4,36 | 1,36 | 0,21 | 0,43 | 1,17 |
| Частуха подорожниковая | 2,09 | 0,55 | 2,89 | 1,20 | 0,16 | 0,36 | 1,87 |
| Рдест пронзеннолистный | 2,02 | 0,53 | 2,01 | 0,95 | 0,33 | 0,33 | 1,55 |
Наибольшая интенсивность поглощения и аккумуляции биогенов наблюдается в начале вегетации и в конце лета, обычно в августе. К концу вегетации количество биогенных элементов в надземной части растений резко снижается. Межвидовое различие по содержанию биогенных веществ в течение вегетационного сезона объясняется видовой спецификой обмена веществ и особенностями фенологического развития растений.
Таким образом, заросли высших водных растений являются фактором, непосредственно участвующим в процессе формирования качества воды в реке. При разработке мероприятий по охране вод от загрязнения биогенными элементами с использованием высших водных растений необходимо учитывать пути движения биогенов в растениях. Накопившийся за период вегетации биогенный элемент, например азот, к ее концу аккумулируется в подземных органах – корневищах.
Величина накопления биогенных элементов зависит от биомассы высших водных растений. Количественным показателем поглощения биогенов макрофитами является коэффициент накопления – отношение концентрации биогена в растениях к его содержанию в воде.
Не менее важная водоохранная роль высших водных растений заключается в их способности поглощать и аккумулировать токсические загрязнители водной среды, особенно пестициды. Их поглощение бывает активным и пассивным, Преобладание того или другого типа определяется природой соединения, его концентрацией в среде и видом растения. Поглощение высшей водной растительностью токсических веществ и их аккумуляция, особенно в корневой системе, способствует самоочищению водотока (водоема) от токсических агентов путем исключения их из круговорота веществ.
Читайте также:
lektsia.com
|
В ходе эволюции поворотным моментом было возникновение фотосинтезирующих организмов. Появление хлорофилла можно отнести предположительно к архейскому периоду, а в палеозое, начиная с кембрия, встречаются уже первые синезеленые водоросли (марполия, гирванелла, эпифитон и др.). Суша в кембрии, по-видимому, была лишена растительности, хотя, по данным Арльда, некоторые циановые водоросли, низшие грибы и печеночные мхи, родственные современным риччиям, могли уже занимать влажные прибрежные биотопы. В атмосфере в это время отмечался избыток углекислоты и недостаток кислорода. В силуре мир растений представлен уже богаче: появляется флора псилофитов, отличающаяся большим разнообразием форм,— это первые обнаруженные высшие зеленые растения суши. В девоне растения продолжают завоевывать сушу: помимо псилофитов, вытесненных к концу периода, появляются первые папоротники, каламофиты, клинолисты, лепидодендроны, кордаиты. Последняя группа — первые представители класса хвойных растений. По берегам озер росли хвощи, папоротники, сигиллярии. В карбоне девонская флора развивается наиболее пышно. К концу каменноугольного периода она уменьшается, и на ее место выходят новые типы глоссопте- риевой флоры и голосеменных. Усиление почвообразовательных процессов приводит к разнообразию круговорота веществ, дает толчок к дальнейшей эволюции. В пермской системе, в позднейших отложениях палеозоя, дальнейшее развитие получают семенные папоротники (роды Леслейя, гангамоптерис, тинифельдия и др.) и голосеменные растения, начали появляться саговниковые и гинкговые. В мезозое наибольшее разнообразие форм отмечается начиная с юрского периода.Растительность юры совершенно не похожа на карбон. Саговники, беннеттиты, гинкго, байеры, араукарии преобладают в лесах юрской эпохи, в водоемах — крупные хвощи — неокаламиты. В это время газовый состав атмосферы значительно изменился в сторону увеличения содержания кислорода, что повлияло (как один из факторов) на дальнейшее развитие животного мира, прежде всего крупных позвоночных. Несбалансированность процессов образования и разрушения органического вещества, приведшая к накоплению углерода в виде горючих ископаемых в верхнем девоне и карбоне, постепенно выравнивается, увеличивается кислород в атмосфере. В конце мезозоя, в меловой период, создались климатические условия, подходящие для возникновения цветковых растений, что имело огромное влияние на весь дальнейший ход эволюции органического мира планеты. В верхнемеловых слоях Аляски отмечаются такие водные растения, как нимфеи или кувшинки. К этому времени относится массовое появление цветковых растений, образовавших характерные ассоциации и захвативших самые разнообразные биотопы: равнины, степи, полупустыни, горы и водоемы. В кайнозое растительность развивается очень обильно, однако сильное похолодание во второй половине эры, начиная с миоцена, значительно изменило количество и состав растений. В середине третичного периода в Западной Европе встречаются уже кувшинки, рогоз, тростник, осока (миоцен). На Украине в это время появились рогоз, тростник, рдесты, роголистник, сальвиния. Смена эр и периодов в истории Земли никогда не приводила к полной гибели прежнего растительного мира; часть прошлого населения сохранялась и продолжала существовать совместно с новыми видами. Характерным примером этого из водной флоры могут служить современные хвощи — остаток богатой группы, представленной в конце палеозоя несколькими семействами и многими родами, из которых к нашему времени сохранился только род Equisetum. Цветковые водные растения, начав свое развитие в верхнем мелу, в ходе процесса эволюции приобрели все те особенности, которые позволили им пережить суровые оледенения кайнозоя в условиях водной среды. Большинство семейств высших водных растений появляется в конце мезозоя, начиная с верхнего мела, и относится к эпохе расцвета цветковых растений при снижении развития голосеменных и уже значительном уменьшении споровых растений. В это время происходит постепенное развитие и формирование современной флоры. В четвертичном периоде ко времени наступления ледников в Европе уже было распространено большинство современных видов растений. Однако значительные оледенения Европы (Гюнцское, Миндельское, Рисское и Вюрмское) уничтожили растительность на огромных территориях, так что некоторые виды растений значительно сократили свой естественный ареал или исчезли полностью. Общая схема эволюционного пути водных растений: море — пресные воды — суша — пресные воды — море.По этой причине современную иыешую водную растительность, обитающую в пресных, солоноватых и в значительно меньшей мере морских водоемах, принято называть вторично-водной. Место высших водных растений в общей системе растительного мира хорошо иллюстрируется схемой филогенетических отношений порядков цветковых растений. Современная флора высших водных растений СССР включает 224 вида, относящихся к 62 родам и 35 семействам. По более ранним данным, в водной флоре нашей страны отмечено свыше 260 видов, очевидно, за счет включения в этот список ряда влаголюбивых форм, не связанных непосредственно с жизнью водоемов. Водная среда в определенной степени сглаживает те климатические различия, которые действуют на наземную флору. По систематическому составу водная флора всех озерных областей европейской части СССР довольно сходна, коэффициент общности составляет 66—82%. Много общих видов встречается в европейской части (кроме Арктики) и Сибирской области (59%), а также в Средней Азии и Сибирской- области (60%). Особняком выделяется водная флора Дальнего Востока, имеющая низкий коэффициент общности с видами других областей СССР, что связано с крайней ее специфичностью. Ряд видов распространен в определенных районах. Так, выделяются среднеевропейские, сибирские и южные виды. В условиях горных водоемов с низкой температурой воды цветковые водные растения не поднимаются обычно выше границы лесов, крайне бедна также водная флора Арктики, хотя и там есть «свои» виды (Лютик Пал- ласа, арктофила и др.). Относительная однородность водной среды привела к ряду приспособлений самой различной степени. Многие виды водных растений обладают способностью развиваться на суше, что выражается в явлении диморфизма, когда при высыхании водоема растения не отмирают, а продолжают жить, изменившись морфологически в наземную форму. Попав в водную среду, эти виды способны развиваться в воде. Таковы водяные лютики, стрелолист, калужница, повойнички, гречиха земшшквдтая. Наземные формы известны даже для настоящих погруженных гидатофитов: водяной сосенки, уру- ти, кувшинки, хотя они по сути предстшшмот приспособления к временному переживанию неблагоприятных условий пересыхания водоемов. Наконец, существуют виды водных растений, полностью спязьтпющме свою жизнь с водной средой. Отметим некоторые основные приспособления высших растений к водной среде обитания. Сравнительно низкая температура воды (северная и средняя часть СССР) вызывает угнетение полового процесса, преобладает вегетативное размножение. Усиленный рост по сравнению с наземными растениями, так как в течение сравнительно короткого вегетационного периода нe должно. Развиться, дать юемеш или зимующие почки и запасти питательные вещества в подземных органах на зимний период. Недоразвитие или отсутствие древесины в сосудистых пучках, связанное с тем, что растение, поддерживаемое водой, не нуждается в такой мере в опорных элементах, как наземное. Механические элементы у ряда видов, обеспечивающие гибкость стеблей и листьев при сильном течении или волнении, расположены, в отличие от растений суши ближе к центру стебля и по центральной оси листа. Развитие системы воздухоносных полостей (аэренхима) способствует улучшению газообмена и поддерживанию растения в плавающем состоянии. Редукция корневой системы или изменение ее функции. Так, корень или корневидные образования рясок — прежде всего орган равновесия. Хорошо развитые корневые системы нимфейиых служат как для прикрепления их к грунту, так и для запасания питательных веществ. Большое развитие поверхности тела по отношению к массе, что выражается в наличии перистых, рассеченных листьев, тонких, длинных стеблей или же широких, но очень тонких листьев. Газообмен наземных растений обеспечивается листьями через устьица, сообщающиеся с системой межклетных ходов, лакун. Эти ходы занимают до 25% всего объема растения. Листья погруженных водных растений лишены устьиц, зато их поверхность проницаема для газов и весь газообмен идет через нее. У водных растений с плавающими листьями устьица имеются, и расположены они на верхней стороне листа. Количество устьиц по сравнению с наземными видами увеличено. Так, у белой кувшинки их до 400 на 1 мм2, у рогоза — до 1300 на 1 мм2. Поверхность плавающих листьев бывает покрыта восковым налетом, что не позволяет ей смачиваться, у некоторых видов края листовой пластинки загибаются вверх, образуя подобие блюдца.В связи с меньшим количеством света в воде по сравнению с сушей у подводных растений наблюдается частичное пли полное отсутствие дифференцировки ткани паренхимы листа на губчатую и палисадную. Хлорофилл часто встречается уже в клетках эпидермиса, что способствует лучшей утилизации световой энергии. У некоторых видов среди клеток эпидермиса есть и другие, называемые гидропотами, обладающие большей проницаемостью для воды. У нимфейиых, кроме того, есть особые клетки — гаустории, располагающиеся на нижней стороне листа, способные интенсивно поглощать питательные вещества и запасать масло. Гетерофилия, разнолистность, представляет собой явление, когда на одном растении развиваются как типично подводные лисгья, так и типично воздушные с рядом переходов (жеруха, стрелолист, поручейник). Погруженные листья могут сменяться плавающими, совершенно отличными от первых (виды сем. нимфейных, плавающий рдест). Выделение слизи особыми железками препятствует выщелачиванию из растений питательных веществ, а также является защитой при временном пересыхании водоемов. Возможно, эта слизь имеет и бактерицидное защитное действие, подобно фитонцидам наземных растений. Подавляющее большинство высших водных растений — многолетники. При перезимовывании часть видов целиком опускается на дно водоема, большинство зимует в виде корневищ, клубней или зимующих почек (турионов). Турионы морфологически представляют собой видоизмененные побеги, запасающие к осени питательные вещества, прежде всего крахмал, и погружающиеся на дно водоема. Весной зимующие почки прорастают и всплывают на поверхность.Таковы в общих чертах основные приспособления высших растений к обитанию в водной среде.Даже краткий перечень этих особенностей показывает нам, насколько велика жизненность видов, способных переносить значительные неблагоприятные изменения среды, приспосабливаясь к новым условиям. Подробное рассмотрение особенностей организации высших водных растений можно найти в монографии Скалторпа. Несмотря на достаточно узкую специализацию погруженных водных растений, когда, с одной стороны, мы наблюдаем развитие специфических приспособлений к водной среде, а с другой — полную или частичную утрату ряда органов и систем (механическая ткань, проводящая система и пр.), эволюцию водных растений в целом нельзя считать регрессивной. Наличие устойчивого механизма гомеостаза позволяет высшим водным растениям захватывать значительные территории и иметь широкое географическое распространение. Такие виды создают популяции, приспособленные к крайним условиям ареала, к значительным колебаниям света, температуры и др. Похожие статьи: Добавить статью в закладки
|
portaleco.ru
Высшая водная растительность - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Высшая водная растительность
Cтраница 1
Высшая водная растительность ( роголистник, кладофера, стрелолист, ряска, камыш и др.) придает воде болотный, рыбный запахи, запахи свежей и разложившейся зелени, мокрой соломы и др. Причиной появления у воды землистого запаха являются в основном актиномицеты. [1]
Высшая водная растительность препятствует нагонному перемещению воды под воздействием сильных ветров и способствует перераспределению потока жидкости, тем самым увеличивая полезный объем пруда. Поэтому наблюдается стремление развивать различные виды этой растительности и в первую очередь в головной части пруда. Встречаются также пруды с размещением макрофитов в районе выпуска воды из пруда. Чаще всего макрофиты представлены в виде озерного камыша, тростника, узко - и широколистного рогоза, элодеи. [2]
Уничтожение высшей водной растительности и борьба с цветением воды в водохранилищах-охладителях химическим способом допускается только с разрешения органов Госсанинспекции и Минрыбхоза СССР. [3]
Уничтожение высшей водной растительности и борьба с цветением воды в водохранилищах-охладителях химическим способом допускается только с разрешения органов Госсаникспек-ции и Минрыбхоза РФ. [4]
В прудах высшая водная растительность представлена многими видами: водяной сосенкой, рдестами, водяной гречихой, роголистником, урутью, элодеей, пузырчаткой и др. В небольших размерах заросли этой растительности приносят пользу. При сильном развитии она является вредной, так как поглощает питательные соли азота и фосфора, мешает доступу рыбы к донным пищевым организмам. [5]
При появлении высшей водной растительности в зоне транзитного потока и в водоворотных зонах водохранилищ-охладителей она должна быть уничтожена биологическим либо механическим методом. [6]
Для уничтожения высшей водной растительности можно успешно использовать растительноядные и другие теплолюбивые породы рыб - белый амур, белый и пестрый толстолобик и др. При этом рыбу предварительно выращивают в питомнике до 30 - 50 г, затем высаживают в пруд из расчета выедания растительности в два - три сезона при плотности посадки 50 - 100 рыб на 1 га зеркала воды ( опыт ГРЭС-3 Мосэнерго, Верхне-Тагиль - ского водохранилища и др.) - Кроме уничтожения растительности, в водохранилище получают ценную рыбопродукцию. [7]
Белый амур питается высшей водной растительностью, а так как запасы макрофитов в интенсивно эксплуатируемых водоемах невелики, то ему в поликультуре чаще отводится роль эффективного биологического мелиоратора. В водоемах комплексного назначения, сильно зарастающих водной растительностью, значение белого амура в поликультуре возрастает. [8]
Имеются предположения, что высшая водная растительность способствует развитию процессов минерализации органического вещества. [9]
К четвертой группе относятся представители высшей водной растительности и нитчатых водорослей, например Conferva. Во время интенсивного фотосинтеза они используют углекислоту бикарбонатов, железа, кальция и марганца. При этом сильно подщелачивается окружающая среда и из раствора выделяются марганец и железо в виде гидратов окиси. [10]
Важную роль в жизни водоема играет высшая водная растительность, так как она обогащает воду кислородом, в ее зарослях обитают многие личинки насекомых и ею питаются некоторые рыбы. Высшие водные растения подразделяют на ряд групп. Растения, жизнь которых проходит в толще водной массы, называют мягкой растительностью. [11]
В воде, прошедшей через заросли высшей водной растительности, значительно снижается количество взвешенных веществ вследствие прилипания их к слизистым поверхностям растений. Макрофиты выделяют в воду вещества типа фитонцидов, под воздействием которых погибают микробы группы кишечной палочки и патогенные микробы. В присутствии высшей водной растительности наблюдается также торможение процесса цветения воды. [13]
Так же как и в случае высшей водной растительности, интенсивность развития фитопланктона определяется морфологией. [14]
Особое значение для питания фитопланктона и высшей водной растительности имеют биогенные элементы - азот, фосфор, кремний, железо и др. На животные организмы существенно влияет содержание в воде микроэлементов - кобальта, никеля, марганца, меди, цинка, стронция и др. Недостаток или их избыток приводит к патологии в развитии, отравлениям и нередко гибели. Источником поступления микроэлементов в рыбу является вода, растительность, естественный и искусственный корма. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Водные растения и их особенности — Мегаобучалка
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».
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.
megaobuchalka.ru
Высшие водные растения в системе биологической доочистки сточных вод птицефабрик
В статье рассмотрена проблема очистки сточных вод, поступающих от производственных зон птицефабрик, отходы которых отличаются высокой концентрацией органоминеральных компонентов. Применение биологических прудов с высшими водными растениями является наиболее перспективной для повышения эффективности доочистки сточных вод. Этот метод основан на практически неограниченной способности высших растений в процессах своей жизнедеятельности использовать многообразие веществ, содержащихся в сточных водах.
Безопасная утилизация жидкого помета и сточных вод, содержания и выращивания птицы и перерабатывающих цехов - актуальная проблема, требующая незамедлительного решения на предприятиях птицеводства. Отходы птицефабрик отличаются высокой концентрацией органоминеральных компонентов. Традиционно применяемые технологии очистки коммунальных, промышленных и животноводческих стоков предусматривает механическое разделение загрязненных вод и искусственную биологическую очистку их жидкой фракции. Большинство имеющихся индустриальных сооружений очистки функционируют с низкой эффективностью или с нарушениями технологии и режима эксплуатации, не обеспечивая необходимую степень очистки. В этих условиях при совершенствовании действующих систем очистки жидких отходов птицеводства наиболее перспективно применение для их подготовки к безопасной утилизации различных типов биологических прудов с высшей водной растительностью [ 1, 2].
В последние годы макрофиты стали успешно использоваться в практике очистки вод от биогенных элементов, фенолов, ароматических углеводородов, микроэлементов, нефти и нефтепродуктов, тяжелых металлов, различных минеральных солей из сточных и природных вод, в обеззараживании животноводческих стоков от разных форм патогенных микроорганизмов.
Прибрежно-водная растительность, выделяя при фотосинтезе кислород, оказывает благотворное влияние на кислородный режим прибрежной зоны водоема. Обитающие на поверхности растений бактерии и водоросли выполняют активную роль в очистке воды. В зарослях прибрежно-водных растений развивается фитофильная фауна, которая также принимает участие в самоочищении воды и донных отложений; организмы бентоса утилизируют органическое вещество илов и обитающих там бактерий. Под влиянием всех этих процессов в воде повышается содержание растворенного кислорода, возрастает ее прозрачность и содержание биогенных веществ, снижается минерализация воды и количество промежуточных продуктов распада органического вещества.
Эффективность действия фильтрующего барьера определяется густотой фитоценоза (то есть, количеством побегов на единицу площади), наличием у растений водных корней и степени их развития, формой и величиной листьев и общей поверхностью растений. Это приводит к уменьшению скорости течения в зоне зарослей и оседанию взвешенных частиц.
Оседанию взвеси способствует слизь на поверхности растений. Исследования показали, чем больше поверхность растений и их ослизненность, тем эффективнее осуществляется очистка воды от взвешенных частиц. Растения способны утилизировать и включать в свой метаболизм некоторое количество осевших на их поверхности органических и минеральных взвесей, в том числе и токсических соединений. Часть их инактивируется в растительных тканях и аккумулируется в надводных и подземных органах растений. Некоторые соединения, такие как фенолы, ароматические углеводороды.
Под влиянием фитофильтрации увеличивается прозрачность воды, снижается ее минерализация. Основная роль в этом процессе принадлежит прибрежным (тростнику, рогозу, камышу, маннику и др.) и погруженным растениям (рдестам, элодее, роголистнику, урути и др.). Минерализация сложных органических соединений происходит в присутствии кислорода. При сильном загрязнении запасы растворенного кислорода быстро расходуются, отчего самоочищение воды замедляется.
В процессе метаболизма высшие водные растения выделяют в среду физиологически активные вещества, типа фитонцидов и антибиотиков. Это приводит к снижению численности патогенной микрофлоры. Показано, что в зарослях макрофитов коли-титр бывает значительно ниже, чем в открытых участках водоема. Кроме того, растения выделяют в среду различные метаболиты, органические кислоты, полифенолы, которые оказывают благоприятное воздействие на жизнедеятельность гетеротрофных бактерий и других организмов. Стебли растений представляют собой огромную поверхность для развития различных микроорганизмов, которые выполняют активную роль в деструкции органического вещества и очистке воды.
Биогенные вещества, прежде всего, накапливаются в листьях и генеративных органах. Наиболее высока их концентрация в побегах ранней весной (за счет перемещения из корневой системы). По мере роста биомассы концентрация постепенно снижается, а к концу вегетации (начиная с августа) происходит отток элементов минерального питания в подземные запасающие органы растений. Однако значительная часть элементов все же остается в отмерших остатках растений и при их разложении снова возвращается в водоем, вторично загрязняя его. Поэтому для поддержания водоема в «здоровом» состоянии требуется систематическое выкашивание водных растений [2] .
Отмечено, что чем шире видовой состав растений в водоёме, тем эффективнее происходит очистка сточных вод. Доминирующими видами высшей водной растительности биологических прудов являются: камыш озерный, рогоз широколистый, тростник обыкновенный, ряска малая и трёхдольная. Согласно литературным данным наиболее результативным является совместное присутствие в водоеме различных полупогруженных или «земноводных» растений, в частности тростника и рогоза. Зарастание зеркала пруда ряской отрицательно сказывается на качестве очистки, сильно снижая количество растворенного кислорода и повышая БПК5. Для индикации антропогенной нагрузки специалисты предлагают использовать плавающие на поверхности воды и погруженные гидрофиты: ряску, водокрас, кубышку, рдесты, элодею, роголистник и др.
Исследований полного видового состава донных, полностью погруженных, высших растений в биологических водоемах пока не проводилось. Но по наблюдениям можно отметить практически полное доминирование элодеи канадской, водокраса лягушачьего и урути колосистой. Влияние полностью погруженных высших водных растений на очистку стоков практически не изучено, что представляется интерес для дальнейших исследований в этом направлении.
Рассмотрим характеристики основных высших водных растений, использующихся в системе биологической очистки сточных вод (рисунок 1).
Тростник обыкновенный способен извлекать из воды и накапливать более 20 химических элементов. С его урожаем из воды выносится значительное количество азота, калия, фосфора - главных биогенных элементов, вызывающих эвтрофикацию вод -массовое размножение планктона, приводящее к цветению водоемов. Благодаря фотосинтезу, в результате которого выделяется свободный кислород, ускоряются процессы окисления органических загрязнений.
Камыш озерный - один из 20 видов камыша, встречающийся в СНГ. Как показали исследования лимнологического института им. Макса Планка (Германия), камыш способен извлекать из воды фенол - весьма токсичное органическое вещество, образующееся при переработке нефти и нефтепродуктов. 300 г биомассы камыша полностью очищают 5 литров воды от фенола при его концентрации 10 мг/л за 4 дня, 40 мг/л за 12 дней, 100 мг/л за 29 дней. Камыш извлекает из сточных вод и другие органические соединения: ксилол, пирокатехины, пиридин, резорцин, а также нефть и нефтепродукты.
В процессах очистки стоков, в присутствии рогоза, особую роль играют его придаточные корни. Они у рогоза двух типов: одни - более тонкие отходят вверх от горизонтальных ветвей корневищ, расходятся в воде и поглощают непосредственно из нее минеральные и органические вещества, а другие направлены вниз, проникают в почву и извлекают из нее. Благодаря этому рогоз очищают от загрязнений и воду, и почву на дне.
Одним из самых экономически эффективных способов доочистки является биологический метод с применением тропического цветкового растения - эйхорнии (водного гиацинта). В водоеме с загрязненными водами размещают эйхорнию -плавающее водное растение, надводная часть которого вдобавок еще и декоративна, а подводная часть представляет собой нитевидные густо опушенные корни, являющиеся эффективным фильтрующим элементом. Применение эйхорнии основывается на высокой способности растения к размножению и интенсивному росту при благоприятных условиях. Вегетация происходит при температуре стоков выше 16 °С. В умеренных зонах период вегетации на открытых площадях может продолжаться до 9 месяцев. В осенний период, при достижении средней температуры воды ниже 14 °С, водный гиацинт, защищенный от ветра может переносить кратковременные понижения температуры до 6 °С в ночные часы и при этом выглядит вполне жизнеспособным, без признаков отмирания. Однако прирост массы растения прекращается. В водоеме, полностью открытом со всех сторон, растения начинали отмирать в большом количестве уже при температуре воздуха около 6 °С.
Растение эффективно очищает водоемы, занесенные в список мертвых водоемов, малые реки, стоки, отстойники промышленного, хозяйственно-бытового, животноводческого и т.п. происхождения; заметно снижает в стоках содержание большинства элементов: азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, марганца, аммиака; значительно падает активность компонентов тяжелых металлов. Изменения некоторых показателей очистки сточных вод водным гиацинтом приведены на рисунке 2 [3, 4].
Для того чтобы процесс вегетации растений и, следовательно, очистки проходил эффективно, необходимо создать для растений благоприятные условия для их жизнедеятельности, т.е. создать условия для обеспечения адаптации растений, поддержания их жизнедеятельности в течение всего года, включая и холодный период, и оптимизации условий для эффективной очистки сточных или оборотных вод.
Комплекс очистных сооружений на биологических прудах круглогодично работает как саморегулирующая система. Поступление сточных вод с одного блока сооружений к другому осуществляется самотеком. Подача сточных вод на очистку осуществляется таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия развития высшей водной растительности на поверхности блоков сооружений. Установлено, что для адаптации растений и дальнейшей их нормальной вегетации необходимо в качестве питательного раствора использовать загрязненные, например сточные или оборотные, воды с рН от 5 до 9 и с начальным содержанием основных загрязняющих веществ в концентрациях до, мг/л: аммонийный азот 200, фосфаты 18, железо 22, щелочи 17, ПАВ 14, сульфиды 21, нефтепродукты 25, фенолы 340, взвешенные вещества 1500, при БПК5 не более 1000 мг О2/л и ХПК не более 2000 мг О2/л. Более высокие концентрации загрязняющих веществ подавляют рост растений, вплоть до отмирания корней. Температура окружающего воздуха при этом не должна опускаться ниже +16 °С, а температуру питательного раствора необходимо поддерживать в пределах от +15 °С до +36 °С. В таких условиях растение нормально набирает силу: за 7 дней одно растение дает от 3 до 6 отростков. Требуемое содержание «питательных» веществ в среде выращивания (в загрязненной воде) контролируют регулярными анализами и при необходимости регулируют искусственным добавлением необходимых составляющих компонентов или разбавлением очищенными водами. В адаптационный период для активизации этого процесса может проводиться дополнительная обработка растений (их надводной части).
Технология культивирования используемых в каналах высших водных растений основана на механизированном способе посадки корневищ вместе с материнским грунтом путем их экскавации в естественных зарослях, доставки к месту посадки и внесении корневого грунта на дно проточных секций канала. Для экскавации выбирают сомкнутые заросли тростниковых из расчета 40-60 стеблей на 1 м высотой в конце вегетации до 3-4 м; камышовых - 2°°-250 стеблей на 1 м2 высотой до 1,5-2,5 м. Экскавация корневого грунта проводится на всю глубину залегания живых корневищ растений: тростниковых -на 1 -2 м; камышовых - на 0,6-0,8 м. Доставленный грунт равномерно рассыпают по дну проточных секций из расчета 3-4 м на 12-14 м погонной длины канала, а затем распределяют по поверхности слоем 15-25 см.
Заготовка и посадка полуводных высших растений проводится ранней весной, сразу же после оттаивания почвы. В связи с тем, что посадочный материал тростника до образования стеблестоя не выдерживает затопления, проточные секции канала следует наполнять очищаемыми стоками по мере роста стеблей. При культивировании камыша в сооружениях проточные секции канала следует наполнить сразу на глубину до 2 м.
Рост высших водных растений регулируется срезанием надводной части, при этом важно не допускать повреждения корневой системы и самих стеблей. Освобождение канала от биомассы, у которой закончился вегетативный период, позволяет предупредить вторичное загрязнение, вымывание в осенне-зимний период токсичных веществ, накопившихся в стеблях и листьях, а также заболачивание водоема. Максимальная эффективность очистки сточных вод высшими водными растениями достигается при скорости течения стоков через заросли растений 10-20 м/ч, при этом время прохождения должно составлять летом 2-4 часа, а зимой - 4-6 часов. В конце вегетационного периода части высших водных растений, находящиеся над поверхностью воды, обла
articlekz.com
Высшее водное растение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Высшее водное растение
Cтраница 1
Высшие водные растения, содержащие в значительных количествах протеины, протеиды, жиры, клетчатку, разлагаясь, способствуют поступлению в воду разнообразных органических веществ. [1]
Способность высших водных растений к накоплению, утилизации, трансформации многих веществ сточных вод делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоемов. Знание химического состава макрофитов позволяет сделать правильный выбор вида ВВР для биопруда. [2]
В присутствии высших водных растений нефтяная пленка быстро разрушается микроорганизмами, при этом на нижней поверхности листьев образуются бурые моховидные наросты, постепенно разрушающиеся и исчезающие. Окисление нефти и нефтепродуктов сопровождается изменением общей численности сапрофитных и нефтеокисляющих бактерий. Стебли высших водных растений, несущие на себе перифитоновые биоценозы, повышают плотность бактериальной популяции, которая участвует в пре-цессе разложения нефтепродуктов. [3]
Наземная растительность, высшие водные растения, актино-мицеты и фитопланктон выделяют бесцветные или окрашенные, без запаха или с запахом вещества, часть из которых превращается в гумусовые соединения. [4]
При разложении водорослей и высших водных растений создаются различные окислительно-восстановительные условия. В природной обстановке основное значение имеют, конечно, не отдельные растения, но растительные ассоциации в целом, образующие вместе с другими организмами ( также и животного происхождения) один биоценоз, характерный для данной фации. Поэтому выводы по изложенному выше разделу работы даются отдельно по каждой из двух рассмотренных сейчас фаций - заливов полузамкнутого и открытого типа. [5]
В дальнейшем основу питания составляют высшие водные растения и наземная растительность, заливаемая в половодье или вносимая в водоем. Из водной растительности белый амур предпочитает рдесты, элодею, ряску, роголистник, уруть. Наиболее охотно поедает молодую растительность, но при ее отсутствии крупные рыбы, особенно в южных районах, используют в пищу и жесткую растительность, такую как тростник и рогоз. Из наземных растений белый амур предпочитает клевер, люцерну, злаки. [6]
На илистом дне проросли споры высших водных растений; в некоторых аквариумах с низким содержанием свинца ( 0 5 мг / л) отмечена вспышка цветения водорослей. В этих аквариумах распад фенола шел с разрывом ароматического кольца и образованием в качестве промежуточных продуктов органических кислот и других легко усваиваемых соединений. В данных условиях фенол использовался организмами как источник углерода в большей степени, чем в аквариумах с песчаным дном и в тех аквариумах с илистым дном, в которых деятельность организмов была подавлена высокими концентрациями свинца. [7]
Влияние промышленно-коммунальных стоков на состав высших водных растений в среднем течения реки Белой ( Башкирская АССР) / Д.В.Зейферт, Ч.М.Рудаков, С.С.Петров / / Экология. [8]
Испытывают влияние токсикантов на водоросли и на высшие водные растения. [9]
В различных водоемах на нитчатых водорослях, подводных частях высших водных растений, частицах детрита, а также среди обрастаний на погруженных в воду предметах можно обнаружить изящные, самой разнообразной формы клетки на более или менее длинных ножках. Их насчитывают более 50, и все они ведут прикрепленный ( эпифитный) образ жизни. Прикрепление клеток к субстрату осуществляется у них с помощью ножки, размеры и строение которой у разных видов разные. Обычно клетки харациопсиса одиночные и разбросаны по поверхности субстрата, но иногда можно обнаружить и их скопления. [10]
Если нефтяное загрязнение реки незначительное, то в зарослях высших водных растений встречается 4 вида насекомых. При сильном загрязнении остается лишь один вид - поденка Baetis vernm. В специфическом местообитании - на каменистом перекате - отмеченная взаимосвязь проявляется еще более четко. [12]
С помощью этого слизистого покрова многие десмидиевые приклеиваются к высшим водным растениям или другим водорослям; другие же увеличивают свою плавучесть для парения в воде. [14]
При повышении температуры воды до 28 - 30 С роль высших водных растений в миграции радионуклидов в водных бассейнах повышается. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
