Тема №6: Растения водоемов и болот
Цель: Ознакомиться с особенностями среды обитания водных, прибрежных и болотных растений, видовым составом их в местной флоре и некоторыми чертами биологии.
Пресноводные экосистемы области представлены двумя группами. Экосистемы стоячих вод – озера и пруды, – лентические и лотические – экосистемы текучих вод – рек, ручьев. Лимитирующими факторами, определяющими состав биоценозов, являются t° воды, прозрачность, наличие течения, концентрация O2 и биогенных элементов – соединений азота и фосфора.
Экосистемы озер и прудов
На территории области распространены пойменные, карстовые и искусственные озера – водохранилища и пруды. На распределение растительности и связанных с ней животных в озерах большое влияние оказывает глубина. Обычно хорошо выделяются две зоны: верхняя – зона продуцирования и нижняя – зона разложения и регенерации питания. В ней отмершие растения и животные разлагаются в результате действия детритофагов (организмов поедающих отмершие организмы), а также бактерий и водных грибов. Часть биогенных элементов освободившихся повторно используется растениями. Нагревание верхних слоев воды ведет, к временной изоляции их от нижних слоев, богатых биогенными элементами. При перемешивании их происходит «цветение» воды, т. к. эти элементы становятся доступными фитопланктону.
В фитопланктоне широко распространены зеленые, диатомовые и сине-зеленые водоросли. Ранней весной и осенью в водоемах обильны диатомовые водоросли, а летом резко возрастает численность зеленых и сине-зеленых, которые и вызывают цветение воды.
Для водорослей характерно наличие в клетке различных пигментов. Помимо хлорофилла, водоросли имеют и другие пигменты, например каротин (оранжевый), ксантофилл (желтый), лютеин (желтый), фукоксантин (буроватый), фикоциан (синий) и другие. Сочетанием пигментов и их различным соотношением определяется окраска водорослей. В зависимости от того, какие водоросли развиваются в водоеме, вода его окрашивается в зеленый или сине-зеленый цвет.
Водоросли в водоемах могут быть представлены одноклеточными, колониальными и многоклеточными формами.
В водоемах с пресной водой широко распространены - хламидомонады. Род хламидомонада – Chlamydomonas (около 320 видов) относится к одноклеточным жгутиковым зеленым водорослям, встречающимся преимущественно в мелких водоемах, лужах, загрязненных органическими веществами. Клетки хламидомонады имеют овальную или грушевидную форму с двумя равных по длине жгутиками на вершине клетки. Оболочка клетки состоит из пектиновых веществ и целлюлозы. В нижней части протопласта находится зеленый чашевидный хроматофор, в цитоплазме расположено ядро. В переднем конце клетки имеются две пульсирующие вакуоли и красный глазок. При движении в воде благодаря жгутикам хламидомонада вращается вокруг своей оси. Скопление хламидомонад чаще бывает в верхних слоях воды. Хламидомонады размножаются бесполым и половым способами.
Хлорелла (Chlorella) - одноклеточная зеленая водоросль, образующая зеленый налет на сырой почве, на коре деревьев, на различных подводных предметах. Клетки ее шарообразные, с очень тонкой целлюлозной оболочкой, хроматофор постенный, в виде чаши. Размножается хлорелла так называемыми апланоспорами (неподвижные споры).
«Цветение» воды определяют так же колониальные и многоклеточные формы водорослей. Колониальные формы имеют вид микроскопической пластинки или шара. Примером пластинчатой колонии может служить гониум (Gonium). Молодые вегетативные колонии его состоят из 16 клеток, окруженных слизью. Каждая клетка имеет овальную форму, с довольно толстой оболочкой. В протоплазме — зеленый хроматофор. Клетки располагаются в один слой, передние концы со жгутиками — по периферии колонии. Благодаря жгутикам колонии гониума активно передвигаются в воде.
Вольвокс (Volvox) — самый крупный, высокоорганизованный колониальный организм, встречающийся в небольших прудах с чистой водой, где в некоторые периоды он может вызывать «цветение» воды. Колония вольвокса имеет форму зеленого шара (d 0,5—2 мм), состоящего из нескольких сотен и тысяч (500—20000 у разных видов) клеток, расположенных по периферии шара, внутренность которого заполнена слизью. Колония вольвокса хорошо заметна простым глазом. Жгутики клеток обращены наружу. Каждая клетка имеет по 2 жгутика, благодаря которым вольвокс постоянно находится в движении. Внутри крупной материнской колонии вольвокса можно наблюдать несколько дочерних колоний.
Многие колониальные водоросли не имеют специальных органов движения и пассивно переносятся с током воды. Нередко их колонии имеют вид плоских лент или пластинок, снабженных разнообразными выростами, шипами, которые облегчают «парение» водорослей в воде.
Совокупность растительных микроорганизмов, находящихся в воде во взвешенном состоянии, называют фитопланктоном. Наряду с «парящими» в толще встречаются водоросли плавающие на поверхности воды или прикрепленные к различным подводным предметам (бентосные формы).
Иногда в прибрежной полосе рек, озер и прудов можно видеть плавающие на поверхности воды скопления зеленых или сине-зеленых нитей. Между многочисленными нитями собираются пузырьки кислорода, выделяющегося в результате фотосинтеза, что придает нитям дополнительную плавучесть.
Эти скопления водорослей в водоемах с проточной или стоячей водой образуют спирогира, кладофора, мужоция, зигнема и водяная сеточка.
Нити спирогиры (Spirogyra) легко узнать по ярко-зеленой окраске. На ощупь нити скользкие, так как клетки покрыты слизью. Нити спирогиры длинные, не ветвящиеся. Клетки цилиндрические, в цитоплазме в виде одной или двух спирально закрученных лент выделяются хроматофоры. Крупное ядро расположено в центре клетки в цитоплазматическом кармашке и тонкими нитями соединяется с постенным слоем цитоплазмы. В хроматофоре хорошо заметны пиреноиды.
Кладофора (Cladophora) образует крупные «войлочные» скопления темно-зеленого цвета, нити, жесткие на ощупь, так как клетки не имеют слизистого футляра. Представители этого рода живут как в быстро текущих водах в прикрепленном состоянии, другие виды свободно плавают на поверхности в стоячих водах. Нити кладофоры сильно ветвятся; клетки крупные, цилиндрические. Хроматофор имеет форму продырявленной пластинки. В цитоплазме много мелких ядер, но в микроскопе без обесцвечивания хроматофора они не видны. Клетки боковых ветвей более мелкие.
Водяная сеточка (Hydrodictyon) широко распространена в пресных стоячих водах, богатых азотистыми соединениями. Колония водяной сеточки состоит из крупных цилиндрических клеток, соединенных друг с другом в виде сеточки. Размеры колонии колеблются от одного до нескольких десятков сантиметров. Клетки имеют довольно толстую целлюлозную оболочку. Цитоплазма располагается в постенном слое. В центре клетки — крупная центральная вакуоль. В цитоплазме клеток много ядер и сетчатый бледно-зеленый хроматофор с большим числом пиреноидов. В крупных клетках можно обнаружить маленькие дочерние колонии, образующиеся при бесполом размножении. При этом протопласт клетки распадается на большое количество двужгутиковых зооспор; они, не покидая материнской клетки, недолго движутся, а затем складываются в новую маленькую колонию. При разрушении оболочки материнской клетки молодые колонии выходят наружу. Постепенно они разрастаются до размеров материнской колонии.
Хара (Chara) — самая крупная многоклеточная водоросль пресноводных водоемов (20—50 см длины); по внешнему виду напоминает хвощи. Размножается хара вегетативно «укореняющимися веточками» и клубеньками на ризоидах и на нижних «стеблевых узлах». Половой процесс оогамный. На «узлах» «листьев», часто на одном и том же растении, развиваются сидящие рядом многочисленные оогонии и антеридии. Антеридии — оранжевые шарики — видны невооруженным глазом. Хара прикрепляется к грунту ризоидами. Оболочка клетки инкрустирована солями кальция, поэтому хара жесткая на ощупь. Образует большие заросли в водоемах с жесткой водой, илистым дном и медленным течением воды.
Макрофиты - группа растений, обычно растущих по мелководьям и крупные свободно плавающие на поверхности воды, но не укореняющиеся растения. Укореняющиеся макрофиты и некоторые водоросли образуют экологическую группировку называемую фитобентосом. В зависимости от глубины выделяют несколько поясов макрофитов. Каждая зона характеризуется определенным флористическим составом (рис. 7).
Рис. 7. Схема расположения растений в водоеме озерного типа:
1 – зона береговых растений; 2 – зона мелководных растений; 3 – зона высоких прибрежных растений; 4 – зона растений с плавающими на поверхности воды листьями; 5 – зона рдестов.
1. Зона наземных береговых растений. Эта зона образована растениями, приспособленными к избыточно увлажненным, временно заливаемым местообитаниям. Флористический состав этой зоны довольно разнообразен: некоторые виды осок (пузырчатая - Carex vesicaria, дернистая - C. caespitosa, черная - C. nigra, вздутая - C. rostrata, заостренная - C. acutiformis и др.), камыш лесной – Scirpus sylvaticus, калужница болотная – Caltha palustris, лютики (ядовитый – Ranunculus sceleratus, ползучий - R. repens, жгучий или прыщенец- R. flammula) и другие растения.
2. Зона мелководных растений (до 0,5 м глубины). В нем растут сусак зонтичный (Butomus umbellatus), ежеголовник прямой (Sparganium erectum), частуха подорожниковая (Alisma plantago-aquatica), стрелолист стрелолистный (Sagittaria sagittifolia), элодея канадская (Elodea canadensis). Между ними обычны свободно плавающие растения: ряска малая (Lemna minor) и горбатая (L. gibba), многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrhiza) и водокрас лягушачий (Hydrocharis morsus-ranae).
3. Зона высоких растений – тростника обыкновенного (Phragmites australis), камыша озерного (Scirpus lacustris) и рогоза широколистного (Typha latifolia) или узколистного (T. angustifolia). Обычно растут на глубине 0,5–2,0 м. Они образуют чистые заросли, высота которых достигает 3 м.
4. Зона растений с плавающими на воде листьями на глубине 2–3 м. Этот пояс образуют кувшинки чисто-белая (Nymphaea candida) и белая (N. alba), кубышка желтая (Nuphar lutea) и некоторые виды рдестов: длиннейший (Potamogeton praelongus), блестящий (P. lucens), плавающий (P. natans).
5. Зона рдестов на глубине 3–5 м. Здесь обильны рдесты волосовидный (P. trichoides), туполистный (P. obtusifolius), гребенчатый (P. pectinatus) и др. В этом поясе встречаются и погруженные растения – роголистники погруженный (Ceratophyllum demersus) и полупогруженный (C. submersum), элодея канадская (Elodea canadensis) и стрелолист стрелолистный (Sagittaria sagittifolia). За этим поясом располагается открытая водная поверхность.
Флору центральной части водоема представляет фитопланктон, обычно очень разнообразный по составу. Высшие растения здесь отсутствуют.
Каждый пояс растительности ежегодно отлагает на дно водоема свои отмершие остатки, из-за чего водоем начинает мелеть. Это создает благоприятные условия для продвижения к центру водоема всех растительных поясов. На том месте, где развивались только рдесты, отдельными экземплярами появляются кувшинки и кубышки, а затем обилие их возрастает, и они постепенно вытесняют рдесты. Отмирающие части кубышек и кувшинок способствуют дальнейшему обмелению водоема и создают благоприятные условия для развития на их месте пояса высоких растений – тростника, камыша и рогоза. Вследствие этого процесса наблюдается продвижение растительности вглубь водоема и наступает время, когда на месте открытой водной поверхности образуется тростниковое или рогозовое болото.
Заболачивание водоема происходит и другим путем. У берегов водоема поселяются такие растения как сабельник болотный, вахта трехлистная, белокрыльник болотный. Эти растения укореняются на берегу и развивают навстречу водной поверхности длинные, стелющие по воде корневища. Такие корневища переплетаются друг с другом, образуя на поверхности воды рыхлый ковер – сплавину. На этом ковре поселяются различные водно-болотные растения – частуха, стрелолист, цикута, омежник и др. Остатки этих растений отлагаются на ковре, заполняя промежутки между корневищами. Плавающий ковер при этом уплотняется, становится сплошным, толстым. Позднее на такой сплавине поселяются другие болотные растения, а также кустарники и даже деревья, которые укрепляют корнями сплавину и придают ей устойчивость. По такому типу идет процесс заболачивания лесных Жеринских озер в Трубчевском районе. Озеро Малое Жерино 80 лет назад представляло собой открытый водоем. Сейчас это типичное пушице-сфагновое болото с редкими деревьями – сосной лесной (Pinus sylvestris) и березой пушистой (Betula pubescens).
Типичными для стоячих водоемов являются сообщества ряски малой (Lemna minor), многокоренника обыкновенного (Spirodela polyrhiza), телореза алоевидного (Stratiotes aloides). Не менее широко распространены сообщества рдестов: курчавого (Potamogeton crispus), гребенчатого (P. pectinatus), плавающего (P. natans), блестящего (P. lucens), длиннейшего (P. praelongus).
По озерам и старицам растет водяной орех или чилим (Trapa natans). В отдельных озерах (озеро Ореховое, Жуковский район; старицы в п.Усовье, Выгоничский район) растет столь обильно, что полностью закрывает водную поверхность. В озерах и старицах рек растут охраняемые и редкие растения: водный папоротник – сальвиния плавающая (Salvinia natans), наяда морская (Najas marina). Охраняемыми растениями являются также кувшинка белая и чисто-белая (Nymphaea candida), водяной орех (Trapa natans).