Глава третья. Экология и биологические особенности водных растений

Общие сведения

Водные растения включаются ботаниками в особую экологическую группу гигрофитов. Одни растения этой группы живут только в воде (гидрофиты), другие на суше, но в местах с высокой или избыточной влажностью почвы. Все гигрофиты имеют общие черты в строении и образе жизни. Жизненные процессы в организмах водных растений складываются под воздействием тех же факторов, что и на суше.

В 1 л воды содержится в растворенном состоянии 20—25 см³ воздуха, на долю кислорода приходится не более 6—8 см³. При содержании в водоеме 0,5—0,3 см³ кислорода на 1 л воды жизнь в нем прекращается: гибнет не только ихтиофауна и высшая растительность, но и микрофлора. Кислород поглощается водой из воздуха на границах соприкосновения сред, особенно интенсивно при перемешивании, волнении, приливно-отливных течениях, а также выделяется растениями в процессе фотосинтеза.

Растворенная в воде углекислота образуется в процессе дыхания водных животных, в результате гниения органических остатков, а также поглощается из воздуха. Холодные и пресные водоемы богаче газами, чем теплые и соленые. Газы нужны водным растениям не только для дыхания и фотосинтеза; они увеличивают всплываемость, поддерживают органы растения в вертикальном положении.

Поступающая от солнца лучистая энергия в сильной степени отражается от поверхности воды. Очень много тепла расходуется на испарение: чем суше воздух, тем больше испарение. Весной вода прогревается намного позже суши, задерживая развитие водных растений. Даже в одном и том же водоеме каждому виду растений присущи свои температурные отклонения. Например, дикий водяной рис (Zizania aquatica) прорастает при 6—7°С, а водяной орех (Trapa natans) при 12—14°С, хотя они и растут в непосредственной близости друг от друга. Водные растения сравнительно поздно зацветают, и вегетативное размножение преобладает у них над семенным. Кроме того, большинство водных растений — многолетники, что, видимо, тоже объясняется недостатком тепла в течение вегетационного периода.

Освещенность воды очень быстро убывает с глубиной: чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше света поступает в толщу воды. Глубина 3 м является пределом для произрастания высшей водной растительности. Водоросли в пресных водах глубже 30 м не наблюдались.

В СССР наибольшей прозрачностью обладают воды оз. Байкал, а наименьшей — воды Амударьи и других среднеазиатских водоемов, несущих огромное количество взмученных веществ. С глубиной спектральный состав света изменяется: оранжево-красные лучи поглощаются поверхностными слоями, глубже проникают синие и зеленые лучи. Погруженные в воду листья находятся в особых условиях фотосинтеза: при ослабленном освещении и поступлении СО₂ из воды. В этих условиях выгоднее иметь листья очень тонкие и сильно рассеченные на узкие дольки. Хлорофиллоносные клетки в них получают наибольшее количество света (в толстых листьях внутренние клетки испытывали бы недостаток света). В тонких и толстых листьях внутрь клеток проникает различное количество воды с СО₂ и Са(НСО₃). Рассеченность листьев на тонкие нитевидные доли характерна для погруженных листьев роголистника, перистолистника, пузырчатки и др. Широкие, но очень тонкие подводные листья имеют кувшинки и кубышки. Наиболее тонкие листья у элодеи (всего два слоя клеток) и водных мхов (один слой).

Вода во много раз плотнее воздуха и сама поддерживает обитающие в ней растения. Это приводит к недоразвитию или исчезновению их опорных тканей, поэтому стебли и листья многих водных растений мягкие, гибкие и легко перемещаются течением. Проточность воды, наличие в ней турбулентных движений, волнений и конвекционных токов способствуют снабжению растений питательными веществами, теплом и воздухом. Резкие температурные отклонения в воде могут создаваться вследствие ливней (особенно в условиях тропиков и субтропиков). Водоемы очень различны по тепловому режиму, по глубоководности, застойности и текучести воды, по ветровому воздействию и многим другим показателям. Даже внутри одного и того же водоема экологические характеристики водных растений весьма неодинаковы. С повышением температуры воды растворимость в ней газов значительно уменьшается, следовательно, уменьшается содержание кислорода и углекислоты, что отрицательно может сказаться на развитии растений.

Растения обладают многими приспособлениями, предохраняющими их от недостатка кислорода и способствующими улучшению газообмена. Соприкасающиеся с водой органы водных растений могут поглощать воду с растворенным в ней кислородом всей своей поверхностью благодаря особому строению оболочек клеток покровных тканей. Улучшению газообмена способствует также сильная расчлененность подводных листьев, что увеличивает поверхность соприкосновения их с водой и вызывает развитие во всех органах крупных межклетников и воздушных полостей. Очень большое значение для растений имеет химический состав воды. В водоемах, где содержится много хлоридов, сульфатов, углекислого натрия, пресноводные растения не живут. Большинство водных растений не выносит загрязнения водоемов. Даже различные по форме коряги, нередко используемые для декоративного оформления аквариумов, приносят растениям вред.

Благодаря способности водных растений поглощать воду с растворенными в ней веществами всей поверхностью у некоторых из них слабо развивается корневая система, а также водопроводящие ткани. В некоторых случаях она исчезает совсем или служит лишь для прикрепления растения к грунту, но практически не доставляет ему питательных веществ. Например, у рясковых (Lemnaсеае) корень выполняет роль органа равновесия. Это подтверждается и отсутствием на нем корневых волосков. Развивающиеся корневища служат кладовыми питательных веществ и органами вегетативного размножения.

Развитие на одном и том же растении листьев, плавающих на поверхности воды и возвышающихся над нею, — явление обычное у водных растений. Плавающие листья на внешней стороне, сообщающейся с воздухом, несут устьица. Чем больше устьиц, тем сильнее развиты межклетные полости. Межклетные полости обеспечивают омывание водой, содержащей газы и соли, внутренних клеток, увеличивают плавучесть. Кроме того, у органов, сообщающихся с воздушной средой, эти полости через устьица выполняют роль вентилирующей системы для подводных побегов и корней. Наиболее сильно выражена приспособленность к водной среде у растений, полностью погруженных в воду. Растения, хотя бы частично соприкасающиеся с воздушной средой, обнаруживают черты, свойственные сухопутным растениям. Например, стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia) в глубоких водах развивает листья трех видов: подводные, плавающие и воздушные. Если стрелолист растет в болоте, на нем развиваются только воздушные стреловидные листья, в стебле увеличиваются сосудистые каналы и лист приобретает обычное строение, как у наземного растения.

Для всех водных растений, как и для сухопутных, характерны два основных периода: период роста и период покоя.

Период роста. В странах с холодным, умеренным и субтропическим климатом период роста растений падает в основном на весенние и летние месяцы, а в странах с тропическим климатом он наступает после тропических ливней. В период роста растения интенсивно развиваются, дают новые побеги, листья, цветки и плоды накапливают питательные вещества. В это время им требуется много света, тепла и питательных веществ.

Период покоя. Может быть предварительным или полным. При предварительном надкорневая часть растения сохраняется, идет процесс фотосинтеза, дыхание протекает нормально. При полном покое растение теряет надкорневую часть, фотосинтеза не происходит, а дыхание протекает слабо. В странах с холодным, умеренным и субтропическим климатом период покоя у растений наступает в осенние и зимние месяцы, а в странах с тропическим климатом в сухой период года или после цветения и плодоношения. Зимой глубокие водоемы не промерзают, и температура воды в глубине остается более или менее постоянной, поэтому на зиму растения рек и озер погружаются в толщу воды или опускаются на дно водоема. Одни из них просто целиком погружаются, чтобы весной снова всплыть на поверхность (рясковые), другие зимуют в виде корневищ, стелющихся по дну, или погружаются в грунт (кувшинковые, рдесты и др.), у третьих к осени образуются особые зимующие побеги или почки, которые ко времени замерзания водоема погружаются на дно, а весной снова всплывают и дают начало новым растениям. Способность растений переходить в состояние покоя выработалась в процессе эволюции.