Курс лекций: Водные растения

3. Характеристики растительных сообществ в водоеме (например, преобладание ширколистных рдестов, харовых водорослей).

4. Оценка прохождения фенологических фаз (закономерность и периодичность явлений, относительно климатических условий).

Вне зависимости от видов загрязнений и условий конкретного водоема, существуют две универсальные реакции на изменение качества воды: уменьшение видового разнообразия и изменение биомассы гидробионтов. Биомасса может расти или снижаться по сравнению с изначальным состоянием сообщества, рост происходит за счет размножения нескольких видов, наиболее устойчивых к загрязнению воды, то есть имеющих определенную степень сапробности.

Высшие водные растения способны переносить кратковременное изменение среды, но они являются удобным объектом для многолетних наблюдений. Макрофиты являются достаточно удобными объектами для индикации: среди них легко выделяются растительные группировки, они видны невооруженным глазом и легко поддаются учету, позволяют визуально оценить экологическое состояние водного объекта, определить его трофический статус и отчасти химизм воды. Например, элодея, уруть колосистая, харовые водоросли, многие виды рдестов, обитают в водах, богатых кальцием.

Особенно удобны водные растения для мониторинга, так как смена видового состава свидетельствует об изменении водных систем в результате антропогенного влияния. К недостаткам можно отнести то, что водные растения обладают достаточно широкими географическими и экологическими ареалами и в разных зонах могут иметь различное индикаторное значение. В любом случае, высшие макрофиты служат индикаторами в основном в пределах олигосапробной и в-мезосапробной зон, однако они заходят и в б-мезосапробную зону, где также имеют индикаторное значение.

Водные экосистемы подвергаются обширному комплексу воздействия негативных антропогенных факторов, таких, как: сброс биогенных веществ, неочищенных сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, тяжелые металлы, токсификации, эвтрофикации, термофикации и прочее.

Ниже приведены наиболее широко распространенные индикаторные виды на территории Северо-Запада европейской части России.

Myriophэllum spicаtum (Уруть колосистая) - индикатор водоемов, подверженных сильному эвтрофированию, антропогенного загрязнения, присутствия органического загрязнения. Вид относится к б - мезосапробной зоне.

Elodea canadensis (Элодея канадская) - индикатор антропогенного воздействия, присутствия органического загрязнения, большого содержания в воде калия и кальция. Вид относится к б-мезосапробной зоне.

Hydrocharis morsus-ranae (Водокрас обыкновенный) - индикатор пресноводных замкнутых эвтрофных озер. Вид относится б - мезосапробной зоне, может заходить в в - мезосапробную зону.

Lenma minor (Ряска малая), L. trisulca (Ряска трехдольная) Spirodela polyrrhiza (Многокоренник обыкновенный) - индикаторы загрязнения сельскохозяйственными стоками, органического загрязнения, усиления эвтрофирования. Виды полисапробной зоны.

Nuphar lutea (Кубышка желтая) - индикатор мезотрофных озер и органического загрязнения. Вид в-мезосапробной зоны, может заходить в б-мезосапробную зону

Nymphaea candida (Кувшинка чистобелая) - индикатор эвтрофных заболачивающихся замкнутых озер. Вид в - мезосапробной зоны, может заходить в б -мезосапробную зону.

Potamogйton nаtans (Рдест плавающий) - индикатор мезотрофных и эвтрофных озер, присутствия органического загрязнения. Индикатор накопления органики в донных отложениях. Вид в - мезосапробной зоны.

P. crнspus (Рдест курчавый) - в - мезосапробная зона, заходит в б - мезосапробную зону.

Р. berchtoldii (Рдест Берхтольда) - в - мезосапробная зона, заходит в б -мезосапробную зону.

Р. pectinatus (Рдест гребенчатый) - Вид в - мезосапробной зоны.

Р. perfoliatus (Рдест стеблеобъемлющий) - вид в - мезосапробной зоны, заходит в б-мезосапробную зону, показатель уровня трофности.

Polygonum amphibium (Горец земноводный) - вид в - мезосапробной зоны.

Tэpha latifуlia (Рогоз широколистый) - в-мезосапробная и б - мезосапробная зона.

Bъtomus umbellбtus (Сусак зонтичный) - вид в - мезосапробной зоны.

Sagittaria sagittifolia (Стрелолист стрелолистный) - индикатор антропогенного воздействия, эвтрофтрования. Полисапробная зона.

Equisйtum fluviatile (Хвощ речной) - индикатор органического загрязнения и ацидофикации (увеличения кислотности). Вид б - мезосапробной и в - мезосапробной зон.

Ceratophэllum demйrsum (Роголистник погруженный) - индикатор эвтрофирования и органического загрязнения. Вид б - мезосапробной зоны, может заходить в в - мезосапробную зону.

Eleocharis palustris (Ситняг болотный) - индикатор органического загрязнения, эвтрофирования. Вид относится б - мезосапробной и полисапробной зоне.

14.1 Виды доминанты

Любой конкретный биоценоз характеризуется определенным набором видов, которые могут быть многочисленны или представлены небольшим количеством. Один или несколько доминирующих видов, определяющих облик и составляющих основу сообщества, называют доминантами. Из наиболее распространенных на территории Северо-Запада европейской части России прибрежно-водных растений можно выделить следующие виды: Elodea сanadensis, Lenma minor, L. trisulca, Spirodela polyrrhiza, Potamogйton nаtans, P. crнspus, Р. perfoliatus, Equisйtum fluviatile, Bъtomus umbellбtus, Sparganium erectum, S. emersum, Scirpus lacustris, Carex acuta, C. vesicaria, C. rostrбta, Hippuris vulgaris, Agrуstis stolonнfera, Eleocharis palustris, Phragmнtes austrбlis, Phalaroides arundinacea, Sagittaria sagittifolia, Tэpha latifуlia, Myriophэllum spicаtum.

Среди видов доминантов часто встречаются виды эдификаторы (доминанты - не всегда являются эдификаторами, эдификаторы - всегда доминанты). Эдификаторы - виды, без которых сообщество существовать не может, так как они выполняют средообразующие функции и определяют микросреду (микроклимат) фитоценоза, выпадение их из биоты может привести к деградации и гибели всего сообщества.

Малочисленные и редкие виды также важны, поскольку обеспечивают устойчивость биоценоза.

14.2 Анализ флоры

Структуру флоры (систематическую, экологическую и др.), частоту встречаемости видов, своеобразие, позволяет выявить анализ флоры. Систематическая структура показывает распределение видов между категориями высшего ранга, число семейств, родов и видов, является показателем флористического богатства и позволяют определить ведущие семейства (табл. 5).

Таблица 5

Флористическое богатство семейств

Среднее число видов в семействе, среднее число родов в семействе, среднее число видов в роде, являются показателями систематического разнообразия и характеризуют специфичность флоры водных объектов. Частота встречаемости видов учитывается по девятибальной шестиступенчатой шкале частот со следующими обозначениями: 1 - очень редко, 2 - редко, 3 - нередко, 5 - часто, 7 - очень часто, 9 - масса.

При сравнительном анализе флор определяют сходство состава с помощью различных коэффициентов сходства, обычно с помощью коэффициента Жаккара:

К_J = ;

где А - количество видов на первой пробной площадке, В - количество видов на второй пробной площадке, С- количество видов, общих для первой и второй площадки.

При определении сходства флор важным является важным выявлении специфических видов.

15. Отношение высших водных растений к водородному показателю

Водные объекты различаются по показателю рН, который является мерой соотношения кислот и оснований. Активная реакция среды зависит от интенсивности фотосинтеза и степени зарастания водоема растениями. Днем, потребляя углекислый газ, фотосинтетики вызывают повышение рН, ночью этот показатель понижается, что связано с отсутствием фотосинтеза и дыханием растений. Активная реакция среды не только определяет наличие биогенных элементов, но и степень их доступности, так как в кислой среде их растворимость и доступность для растений повышается. Изменение водородного показателя влияет на уровень газообмена, рост и выживаемость организмов. Водные растения предпочитают воды со значением рН =7,0 - 9,2.

По отношению к кислотности выделяют группы:

1. Ацидофильная (заболоченные и заболачивающиеся водоемы со слабо кислой или близкой к нейтральной реакции водой).

Виды: Equisйtum fluviatile, Tэpha angustifolia (Рогоз узколистный), Tэpha latifуlia, Acorus calamus (Аир болотный), Calla palustris (Белокрыльник болотный), Menyantes trifoliatа (Вахта трехлистная), Utricularia vulgaris (Пузырчатка обыкновенная).

Факультативные виды: Cicъta virуsa (Вех ядовитый),Ceratophэllum demйrsum, Sium latifolium (Поручейник широколистный)

2. Алкалифильная (нейтральные и слабощелочные воды).

Практически все виды рдестов, рясковые, элодея канадская. Sparganium erectum (Ежеголовник прямой), Elodea canadensis.

3. Алкалибионтная (рН от 8.7 и больше, средне щелочные воды).

Виды: Alisma gramineum (Алисма злаковидная), A. lactolatum (Алисма ланцетолистная), факультативно встречаются Potamogйton pectinatus, Р. perfoliatus.

4. Индифферентная (рН = 6,4 - 10,3).

Растения способны выдерживать самый широкий диапазон - от слабокислого до среднещелочного.

Tуpha latifуlia, Potamogеton pectinatus, Р. рerfoliatus, Phragmнtes austrаlis, Elodea canadensis.

Главными факторами закисления являются выбросы в атмосферу диоксида серы и оксида азота.

16. Роль высших водных растений в гидроэкосистеме и процессах самоочищения водоемов

Роль водных растений в гидроэкосистеме весьма многогранна. Водные растения являются основными продуцентами водных экосистем. В ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют кислород. Поглощая растворенные минеральные вещества, они способствуют естественному очищению водных экосистем, задерживают и аккумулируют взвешенные минеральные и органические вещества. Кроме того, они не только обеспечивают среду обитания для рыб, водных насекомых и других мелких организмов, которые в свою очередь служат кормом для рыб, но и сами являются пищей для многих животных.

Гидрофиты интенсивно поглощают биогенные элементы, минеральные и органические вещества, накапливают ионы тяжелых металлов и радионуклиды. Они также выступают в роли минерализаторов, детоксикантов, биофильтров пестицидов и нефтепродуктов.

Высшие водные растения накапливают вещества в концентрациях, превышающих фоновые значения окружающей среде, способность накапливать и использовать различные вещества делают их активными участниками процессов самоочищения водоемов.

Способностью накапливать марганец в значительных концентрациях обладают водяной орех, рдест красноватый. Полностью погружённые растения содержат в 2-3 раза больше марганца, чем земноводные и надводные. Максимальные концентрации загрязняющих веществ отмечаются у погруженных растений, накопление тяжелых металлов которыми в 10 раз превышает таковые концентрации у прибрежно-водных. Ряска малая особенно много накапливает бор, харовые водоросли -- медь, тростник - ртуть. На интенсивность поглощения загрязняющих веществ оказывает влияние сезон и стадия развития растений.

Наиболее высокую интенсивность аккумуляции загрязняющих веществ проявляют харовые водоросли, затем элодея, роголистник, рдесты, уруть.

Прибрежно-водные растения классифицируются на основании поглощающей способности аккумулировать радиоактивные изотопы. Наибольшие дозы поглощают погружённые виды, затем виды с плавающими листьями, менее всего подвержены воздушноводные. Коэффициент накопления элодеей ⁵⁷Со в течение суток составляет 1500 (по другим данным 4000), ⁹⁰Sr -- 1400, также высокой аккумулирующей способностью обладают харовые водоросли. Данные виды являются индикаторами радиоактивного загрязнения водоёмов.

Роль прибрежно-водной растительности в самоочищении водных объектов можно свести к следующему:

1. Минерализация и окислительная функция. Минерализующая способность водоема прямо пропорциональна интенсивности развития в нем прибрежно-водных растений. Процессы идут за счет выделяемого кислорода и за счет метаболитов, стимулирующих деятельность перифитона, развивающегося на поверхности растений.

2. Механическая очистка. Определяется густотой фитоценоза, степенью рассеченности и величиной листьев, а также наличием слизи и общей поверхностью растений. В зарослях водных растений осаждается значительное количество переносимых водой минеральных и органических взвесей, что предохраняет водную массу от загрязнений и предотвращает чрезмерное развитие фитопланктона.

3. Аккумуляция и детоксикация химических соединений. Водные растения способны утилизировать некоторое количество осевших органических и минеральных веществ, в том числе токсичных, частично инактивируя их в процессе метаболизма и аккумулируя в подводных и надводных органах. Наибольшая аккумулирующая способность техногенных элементов наблюдается у полностью погруженных растений. Тяжелые металлы накапливают элодея, роголистник, уруть, рдесты. Рогоз, тростник, камыш поглощают физиологически активные вещества типа фенолов, пестициды, нефтепродукты. Некоторые виды (ряска, рогоз, рдесты, уруть) могут накапливать хлорорганические соединения, в экспериментальных условиях уруть удаляла из водоема в течение 3-7 дне до 50% дифенамида, разлагая гербицид на менее устойчивые соединения.

4. Деструкция нефтяных загрязнений. В зарослях макрофитов нефть подвергается биологическому окислению с помощью микроорганизмов и вовлекается в обменные процессы гидробионтов, в том числе и водных растений. Наиболее устойчивыми к нефтяным загрязнениям являются тростник, рогоз, камыш, элодея и уруть. При небольших концентрациях нефти в воде, рост этих видов протекает более интенсивно.