Вода как экологический фактор

План
Вода в растении
Водный режим местообитаний
Экологические группы растений по отношению к водному режиму
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 (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 дм2 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 200—750-кратное количество воды, а более засухоустойчивому просу — 162—447.
Продуктивность транспирации — величина, обратная транспирационному коэффициенту, показывающая количество сухого вещества (г.), накопленного за период транспирации 1кг 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).
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 (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

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 (толстянка), 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
«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
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