Учебно-полевая практика

Глава 4.4 Растительность водоемов и болот

ПРИБРЕЖНО ВОДНАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ

Внутренние воды Украины представлены природными водоемами: реками, ручьями, озерами, болотами; и искусственными: каналами, водохранилищами и прудами.

Водоем в экологическом отношении — это сложно расчлененный фитоценоз, имеющий ряд специфических особенностей, в том числе:

поясное (параллельное берегу) расположение групп растений;

однообразность среды обитания;

ограниченное содержание кислорода и света;

отсутствие значительных колебаний температуры в толще воды;

отсутствие острой зависимости растений от выпадающих в различное время года осадков и сохранение определенного уровня водной поверхности;

преобладание вегетативного размножения над семенным. Классифицируют водоемы, как правило, по содержанию в воде пиI

тательных веществ. Различают водоемы:

эвтрофные (озера, водохранилища и пруды) — характеризуются высоким уровнем первичной продукции; они обычно неглубокие, с непрозрачной коричневато-зеленоватой водой; зеленая окраска обусловлена массовым развитием водорослей;

олиготрофные (глубокие озера и горные реки) — имеют небольшое количество питательных веществ; вода холодная и прозрачная, насыщена кислородом;

дистрофные (болота) — отличаются низким уровнем первичной

продукции. Вода, как правило, окрашена в желтый или коричневый цвет.

Состав и структура водного фитоценоза. Видовой состав водных растений разных климатических зон на больших территориях часто одинаков, что связано с однообразием среды обитания, и он значительно беднее наземных фитоценозов. Между тем водная растительность достаточно разнообразна по флористическому составу и включает как высшие, так и низшие растения. Последние представлены водорослями, имеющими достаточно примитивную организацию вегетативного тела. Они вызывают «цветение воды», придавая ей определенный цвет — от зеленого до желтого, что объясняется присутствием пигментов в хроматофорах.

Растения, плавающие на поверхности воды, образуют фитоплейстон; виды, почти полностью погруженные в воду и прикрепленные ко дну водоема — фитобентос, а активно или пассивно передвигающиеся в толще воды — фитопланктон. Высшие растения представлены, главным образом, многолетними травами и сосредоточены, в основном, в бентосе, реже встречаются в плейстоне; низшие — водорослями, характерными для фитопланктона.

Видовой состав и размещение прибрежно-водных растений зависит от многих факторов, в том числе от типа водоема (река, ручей, озеро и т. д.),

161

Раздел IV. Глава 4.4

его размера и глубины, рельефа, типа почвы, содержания питательных веществ и кислорода, проточности и прозрачности воды. Например, для малопроточных водоемов с пологим рельефом дна и невысокими берегами характерно зональное, или поясное, расположение растений (рис. 4.4.1).

3

6

Рис. 4.4.1. Схема расположения растений в водоеме озерного типа:

1 — зона береговых растений; 2 — зона мелководных растений; 3 — зона вы сокорослых прибрежных растений; 4 — зона растений с плавающими листья ми; 5 — фитопланктон; 6 — фитобентос

Сообщества растений, расположенные от берега к внутренней части водоема, четко разграничены между собой. В прибрежной части выделяют зоны береговых гигрофитов, мелководных гигрофитов и гидрофитов.

Береговые гигрофиты представлены видами, приспособленными к избыточной влаге. Многие из них характерны для растительности низинного и заболоченного луга. Наиболее часто встречаются осоки, лютики, горцы, ситники, ивы.

Растения зоны мелководных гигрофитов и гидрофитов отличаются невысоким ростом. Большинство видов относится к классу однодольных, семействам частуховые, сусаковые, водокрасовые, лилейные. Многие представители характеризуются особой пластичностью морфологических признаков. Это связано с изменением условий существования и переходом растений из водной к сухопутной среде при высыхании водоемов (горец земноводный).

За мелководными, по мере удаления от берега, идет полоса высоко рослых гигро , гидрофитов, которые часто образуют заросли, представленные одним видом. Эти растения имеют развитые корневища и прочно удерживаются в грунте, характеризуются высоким ростом (до 3–4 м) и почти до половины погружены в воду (камыши, рогозы, тростники).

За зоной высокорослых гидрофитов начинается следующая зона —

зона растений с плавающими листьями, или водной флоры. В грунте и толще воды расположены их подземные органы, стебли, черешки и ниж-

162

Раздел IV. Глава 4.4

в воду, прикрепляются к субстрату корнями (рдесты) или корневищами (кувшинки, кубышка желтая). Биологической особенностью прикрепленных растений с плавающими листьями является наличие разнолистности. Плавающие листья широкие, длинночерешковые, погруженные — пленчатые, иные по форме и размерам (кувшинки, кубышка желтая и др.). Тело таких растений поддерживается водой, поэтому у них слабо развиты механическая и проводящая ткани, имеются крупные воздухоносные полости (аэренхима), в которых накопленный кислород расходуется растением по мере необходимости. Аэренхима также способствует всплыванию растений в верхние слои воды, где лучше условия для фотосинтеза.

Цветение у полностью погруженных видов происходит над водой за счет длинной цветоножки (до 1,5 м) или раскручивания ее спиралей ко времени распускания цветка, когда она выносит его на водную поверхность (рис. 4.4.3). Опыление происходит при помощи насекомых (кувшинки) или ветром (рдесты). Семена сохраняют всхожесть десятки или

даже сотни лет. Созревающие в воде плоды распространяются во-

чек (элодея), усов с дочерними розетками, кусочков побегов. Зимующие почки не имеют чешуй, покрыты мелкими листьями, в которых накапливается крахмал, благодаря чему почка опускается на дно, а весной всплыва-

ет и развивается в новое растение (см. рис. 1.1.11).

Значение прибрежных и водных растений велико для водоемов, где они оказывают существенное влияние на гидрохимический и кислородный режим, на накопление лечебного ила, сапропеля и торфа. В них гнездится водоплавающая дичь и нерестится рыба. Для хозяйственных целей из корневищ добывают крахмал (ежеголовник, рогоз, кубышка желтая, кувшинки). Многие виды используются в медицине — рогоз широколистный, аир обыкновенный, вахта трехлистная, вех ядовитый, череда трех-

164

Растительность водоемов и болот

раздельная, горец перечный; заготавливаются на корм скоту и на удобрения. Некоторые растения ядовиты: частуха подорожниковая, вех ядовитый, омежник водяной.

БОЛОТА КАК ЭКОСИСТЕМЫ

Болота — это биоценозы на избыточно увлажненных участках земной поверхности. Приурочены они, в основном, к пониженному рельефу, где легко накапливается и застаивается вода. Болота разнообразны по способу возникновения, условиям существования, различаются своим флористическим составом. Основная их характерная черта — обилие застойной воды и, как следствие этого, недостаток кислорода, снижение температуры почвы, обедненный минеральный состав. Кроме того, в связи с ограниченным доступом воздуха на их дне происходит отложение неразложившегося органического вещества (преимущественно раститель-

ного происхождения), превращающегося в дальнейшем в торф. Образование болот. Образуются болота, как правило, в ре-

зультате заболачивания лугов, леса, водоемов. Наиболее часто заболачивание водоемов идет путем зарастания или нарастания (рис. 4.4.4). В последнем случае прибрежные растения с длинными ветвящимися корневищами (белокрыльник болотный, стрелолисты и др.) разрастаются и как бы «накапливаются» на поверхности воды в виде плавающего ковра — сплавины, но одной стороной они прикреплены к берегу. На таком ковре появляются мхи, из них доминируют сфагнум и типичные болотные растения: вахта трехлистная, сабельник болотный и др. Со временем размер и толщина сплавин увеличиваются. Одновременно идет процесс образования торфяных отложений из отмирающих нижних частей растений.

Постепенно площадь водяного зеркала уменьшается, водоем мелеет и на его месте образуется болото.

Из водоемов с пологими берегами и рельефом болота образуются путем зарастания. В этом случае отмершие части растений, оседающие на дно, образуют ил и торф. Дно водоема постепенно от берега к центру повышается. Соответственно перемещаются и растения. Водоем мелеет, заторфовывается и, в конечном счете, превраща-

165

Раздел IV. Глава 4.4

Классификация болот, их характеристика. Характе-

ризуя болото, определяют его тип, который обусловлен экологическими

факторами.

По характеру увлажнения болота делятся на плоские, низинные, верховые, и переходные; по условиям минерального питания различают эвтрофные, мезотрофные и олиготрофные; по обилию растений и преI обладанию определенных их жизненных форм — лесные, кустарни-

ковые, травянистые, гидрофитно-моховые и сфагновые болота. Своеобразные экологические условия формируют флористический

состав фитоценоза. Для каждого определенного типа болот характерны свои растительные ассоциации и доминирующие виды. Чаще всего это растения-ацидофилы, нуждающиеся в кислой среде. Жизненные формы представлены травами, кустарниками, кустарничками, реже — деревьями.

Плоские болота богаты питательными веществами и являются, соответственно, эвтрофными. Возникают они при зарастании озер и прудов в равнинной и холмистой местности, их растительный покров довольно беден, доминируют осоки.

Низинные болота бывают эвтрофными и мезотрофными. Последние характеризуются умеренно богатыми почвами. Образуются они в местах выхода и накопления грунтовых вод, а также подпитываются влагой осадков. Обычно так развиваются лесные, кустарниковые и травянистые типы болот с определенным видовым составом. Для л е с н ы х б о л о т характерны береза пушистая, ольха черная, вереск, черника и брусника, а также лесные мхи; для к у с т а р н и к о в ы х б о л о т — курильский чай, ивы, березы, можжевельник; для т р а в я н и с т ы х б о л о т — осока, ситники, хвощ, злаки и разнотравье.

Верховые болота формируются на водоразделах, покрытых деревьями и кустарниковой растительностью. Увлажнение их происходит только за счет атмосферных осадков. Возникают такие болота в результате заболачивания суши в лесах, на лугах или при интенсивном образовании торфа в водоеме. Растения верховых болот получают минимальное количество минеральных веществ (олиготрофные болота) и обладают определенным набором приспособлений, связанных с условиями среды обитания. Доминирующими растениями являются сфагновые мхи, образующие на поверхности сплошной ковер.

Сфагнум (рис. 4.4.5) — отличается бледно-зеленой окраской, отсутствием ризоидов, наличием в листьях особых мертвых водонакапливающих клеток, благодаря которым растение способно поглощать воды в 25–30 раз больше своего сухого веса. Нижняя часть растения отмирает, но очень медленно разлагается вследствие отсутствия гнилостных бактерий. Последнее объясняется кислой реакцией среды, низкой температурой и бактерицидными свойствами самих мхов. Остатки сфагнума спрессовываются и образуют торф. Поэтому сфагновые болота часто называют торфяными.

Растения сфагновых болот нарастают за счет верхушечного роста побегов. Особенно прогрессивно этот процесс идет в центральной части по-

166

Растительность водоемов и болот

крова, поэтому сфагновые болота имеют выпуклую поверхность.

Всвязи со скудным минеральным питанием и отсутствием почвы флористический состав верховых болот беднее низинных. Здесь растут травы: виды рода пушица и осока, белокрыльник болотный, сабельник болотный и др.; из кустарников и кустарничков — голубика, черника, брусника, клюква, багульник и мирт болотный.

Впереходных болотах затруднен доступ грунтовых вод к поверхности; вода обеднена минеральными солями; характерно нарастание торфяной массы. Поверхность таких болот плоская и расположены они по окраинам верховых болот. Переходные болота формируются за счет травянистой осоковой и значительной части моховой растительности, представленной сфагнумом, пушицей, багульником болотным, клюквой болотной, видами рода осока; из древесных пород встречается сосна, береза пушистая, мирт болотный (кассандра) и др.

Специфичность условий среды обитания проявляется в биоморфологических особенностях болотных растений. Многие виды имеют ксерофитное строение (из-за наличия кислот и низкой температуры корни не могут всасывать достаточного количества воды). У растений возникают особые экологические формы, отличающиеся рядом специфических признаков и приспособлений в

морфолого-анатомическом строении:

жизненные формы — травы и кустарнички; деревья встречаются редко, отличаются низкорослостью, угнетенным состоянием;

корневая система поверхностная или наблюдается полное отсутствие корнеподобных выростов и корней; придаточные корни образуются, как правило, в верхней части побегов, погруженных в мох; корневища длинные, расположены наклонно-горизонтально и выносят верхушки побегов на поверхность сфагнового болота (рис. 4.4.6);

вегетативные побеги часто укороченные, а генеративные — безлистные;

листья у многих видов вечнозеленые, мелкие, кожистые (вереск, багульник) или жесткие, узкие, с завернутым вниз краем пластинки (осоки, пушицы), обычно короткочерешковые или влагалищные; часто формируется прикорневая розетка. Для эпидермы характерны кутикула, восковой налет, опушение;

недостаток минерального питания обусловливает появление на болотах специфических насекомоядных растений (росянки, пузырчатки

идр.).

167

карственных растений, как сушеница топяная, аир обыкновенный, клюква болотная, багульник болотный и др. Культивирование их невыгодно из-за сложности создания необходимых условий выращивания.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Задание I. 1. Изучая прибрежно-водную растительность, определите: а) тип водоема (озеро, река и т. д.); б) его примерную площадь (озеро,

пруд, болото); в) защищенность от ветра; г) прозрачность воды.

2.В прибрежной растительности выделите наиболее типичную ассоциацию и опишите ее. Для этого заложите учетные площадки и укажите:

а) название ассоциации; б) ее физиономичность; в) ярусность.

3.Охарактеризуйте видовой состав ассоциации. Сведения о растениях занесите в таблицу 4.4.1.

Таблица 4.4.1

Характеристика видового состава _________________________ ассоциации прибрежной растительности название

Задание II. 1. Составьте эколого-морфологическую характеристику для указанных преподавателем доминирующих и лекарственных растений прибрежной зоны изучаемого водоема, заполнив таблицу 4.4.2.

168

Растительность водоемов и болот

Таблица 4.4.2

Эколого морфологическая характеристика доминирующих и лекарственных растений прибрежной зоны ______________ водоема

2. Соберите отдельные органы растений или их части (корни, корневища, стебли и черешки). В лабораторных условиях сделайте их поперечные срезы. Отметьте развитие аэренхимы, механических и проводящих тканей. Для подземных органов проведите реакцию на наличие крахмала. Результаты наблюдений занесите в таблицу 4.4.2.

Задание III. Составьте эколого-морфологическую характеристику деревьев и кустарников, произрастающих в прибрежной зоне. Сведения о растениях занесите в таблицу 4.4.3.

Задание IV. Соберите растения, принадлежащие к одному виду, но произрастающие на различном расстоянии от водоема (череда, горец перечный и др.) и проведите сравнительный морфологический анализ их надземных и подземных органов. Результаты наблюдений занесите в таблицу 4.4.4

Задание V. Проследите изменчивость морфологического строения надводных и погруженных вегетативных органов растения на примере стрелолиста, горца земноводного или другого вида. Растения зарисуйте, а результаты наблюдений оформите в произвольной форме или в виде таблицы.

Задание VI. 1. Познакомьтесь с водными растениями изучаемого водоема. Сведения о них занесите в таблицу 4.4.5.

169

Раздел IV. Глава 4.4

2. Соберите доступные водные растения для дальнейшего их изучения в лаборатории. В лабораторных условиях сделайте срезы через вегетативные органы собранных растений. Обратите внимание на развитие механических, проводящих и основных тканей, строение эпидермы верхней и нижней поверхности листовой пластинки. Результаты наблюдений занесите в таблицу 4.4.5.

Задание VII. В стеклянную банку или в другой сосуд наберите воду на участке водоема, где наблюдается «цветение». В лаборатории под микроскопом рассмотрите в капле «цветущей» воды строение находящихся там водорослей и определите их систематическую принадлежность. Результаты наблюдений занесите в таблицу 4.4.6.

Задание VIII. 1. При изучении болотной растительности предварительно определите тип болота в зависимости от экологических условий и характера растительности.

2. Выберите ассоциацию, наиболее типичную для данного болота, и охарактеризуйте ее видовой состав. Сведения занесите в таблицу 4.4.7.

3. Подчеркните названия растений, для которых характерны признаки

растений, из них низших растений кол-во видов, высших споровых рас-

Задание X. Соберите по указанию преподавателя растения для дальнейшего их описания (см. Приложение), определения и гербаризации.

Задание XI. Проанализируйте встретившиеся во время экскурсии растения по их значению, выделите из них лекарственные, ядовитые, охраняемые и включите в сводные таблицы 4.1.4, 4.1.5.

170