CC BY
131
УДК 58.02 (58.01/07)
А.Е. Зиновьева, Д.А. Дурникин Влияние активной реакции воды (pH) на распределение водных и прибрежно-водных растений в водоемах юга Обь-Иртышского междуречья
A.E. Zinovyeva, D.A. Durnikin
The Iinfluence of Active Water Reaction (pH)
on the Distribution of Water and Coastal Water Plants
in the Southern Water Basins of the Ob-Irtysh Interfluve
Рассмотрена зависимость распределения водных и прибрежно-водных растений от активной реакции воды (рН) в водоемах юга Обь-Иртышского междуречья.
Ключевые слова влияние активной реакции воды (рН), водные растения, прибрежно-водные растения, приспособления.
The researchers study the dependence of distribution of water and coastal water plants on active water reaction (pH) in the southern water basins of the Ob-Irtysh interfluve.
Key words: effect of active water reaction (pH), water plants, coastal-water plants, accessories.
Любые типы воды различаются по содержанию кислот и оснований. Показатель рН и есть мера содержания кислоты или основания. Кислотность воды оказывает большое влияние на биохимические и биологические процессы и имеет важное значение для водных растений. Действие активной реакции воды проявляется через изменение проницаемости клеточных мембран и водно-солевого обмена [1, 2]. Ионы в воде являются носителями кислотных или щелочных свойств. Если щелочные и кислотные ионы содержатся в ней в равных количествах, то вода реагирует «нейтрально», как и происходит (или, по крайней мере, должно происходить) с дистиллированной водой. В любой воде содержится определенное количество молекул Н20, разделенных на Н+-катионы (положительно заряженные ионы водорода) и ОН-анионы (отрицательно заряженные ионы гидроокисла).
Водородный показатель имеет важное общебиологическое значение, в связи с чем в процессе эволюции у большинства живых организмов выработался ряд механизмов, обеспечивающих относительное постоянство этого показателя в клетке. Роль данного фактора определяется в первую очередь его влиянием на активность ферментов и состояние других белковых молекул. Кроме того, поскольку большинство реакций в клетках протекает в водной среде, избыток или недостаток ионов может существенно влиять на протекание также различных неферментативных реакций. Сказанное является основной причиной того, что большинство клеток, принадлежащих самым разным водным растениям, способно жить в узком диа-
пазоне рН - от 6,0 до 8,0. Однако многие растения вполне безболезненно переносят гораздо более значительные отклонения от нейтральной реакции воды. Объясняется это тем, что организм имеет целый ряд буферных систем, сглаживающих резкие колебания рН среды. Присутствие в воде солей усиливает ее буферные свойства, в связи с чем одинаковое подкисле-ние мягкой и жесткой воды вызовет в первом случае значительно более заметный сдвиг рН.
Активная реакция воды в значительной мере зависит от интенсивности фотосинтеза и заселенности водоема растительными организмами. В процессах фотосинтеза, протекающих на свету, растения потребляют углекислый газ, что вызывает повышение рН. Ночью рН понижается, что связано не только с отсутствием фотосинтеза, но и с выделением СО3 при дыхании растений. Всё это приводит к весьма значительным колебаниям активной реакции среды в водоеме в течение суток. Особенно велики эти колебания в водоеме с большими показателями биомассы растений [2].
Активная реакция среды оказывает влияние на жизнедеятельность водных организмов. Это влияние может быть как прямым, так и косвенным. Косвенное влияние проявляется через изменение содержания в воде различных соединений макро- и микроэлементов, растворимость которых (а соответственно, и доступность для водных организмов) во многом зависит от величины рН. Так, большинство водорослей не может существовать при слишком высоких значениях рН из-за низкой растворимости многих микроэлементов.
Активная реакция среды определяет наличие в среде биогенных элементов и степень их доступности для прибрежно-водной растительности и фитопланктона. Это связано с тем, что многие элементы в щелочной среде переходят в нерастворимую форму, тогда как в кислой среде растворимость их, а соответственно, и доступность для растений повышается.
Активная реакция среды имеет большое экологическое значение. Изменение рН среды влияет на выживаемость организмов, интенсивность питания, рост, уровень газообмена и другие жизненные процессы. Величина рН оказывает влияние на водную растительность, в первую очередь погруженную. Наиболее благоприятные условия для развития прибрежно-вод-ных растений - это слабощелочные воды; в кислых водоемах они растут значительно хуже.
Погруженная водная растительность в большей степени зависит от величины рН, состава и концентрации газов, химического состава воды, чем растения с плавающими и надводными листьями.
Используя типологию поверхностных вод гу-мидной зоны СССР [3] по величине рН и работу
Ацидофильная группа (рН 6.5-7.2) включает виды заболачивающихся и заболоченных озер, со слабокислыми и близкой к нейтральными водами. Это немногочисленная группа, включающая 65 видов (38,2% от общего количества видов), из которых 11 облигатных и 54 факультативных видов. Виды, облигатно приуроченные к этой группе, представлены Equisetum fluviatile, Typha angustifolia, T. latifolia, Scheuchzeria palustris, Acorus calamus, Calla palustris, Caltha palustris, Callitrche hermaphroditica, Elatine alsinastrum, Menyanthes trifoliate, Utricularia vulgaris. Среди факультативных видов в этой группе отмечены Nymphoides peltata, Cicuta virosa, Sium latifolium, Rorippa amphibia, Parnassia palustris, Ceratophyllum demersum и др.
Ацидофильная группа в «гидрофильном ядре» представлена 28 видами, среди которых два облигат-
Б.Ф. Свириденко [1], рассмотрим отношение видов водных и прибрежно-водных растений к активной реакции воды.
С 1998 по 2012 г. исследована флора естественных водоемов - 100 самых крупных и наиболее доступных для исследования озер, 9 рек, относящихся к средним и малым рекам юга Обь-Иртышского междуречья.
Под гидрофильной флорой (водной флорой) мы понимаем совокупность видов сосудистых водных растений (истинно-водных, земноводных и прибреж-но-водных), встречающихся на том или ином участке территории или акватории.
Гидрофильная флора на изучаемой территории представлена 170 видами растений из 65 родов и 36 семейств. Все растения принадлежат к трем отделам - Equisetophyta (2 вида), Polypodiophyta (2 вида) и Magnoliophyta (166 видов). Основу ценофлоры составляют цветковые растения (97,6%).
Общий диапазон рН в исследованных водоемах составляет 6.5-10.3 (рис. 1). Все виды исследуемой флоры отнесены к четырем группам.
ных (Callitrche hermaphroditica, Utricularia vulgaris) и 26 факультативных видов.
Алкалифильная группа (рН 7.2-8.6), ее виды обитают в нейтральных и слабощелочных водах. Это самая многочисленная группа, включающая 167 видов, из которых 134 облигатных и 33 факультативных (рис. 2). Облигатные виды данной группы могут входить как факультативные включения в другие группы. Алкалифилами являются Sparganium erectum, Potamogeton alpinus, P. berchtoldii, P. friesii, P. pusillus, N. major и многие другие растения пресноводного флористического комплекса. В «гидрофильном ядре» алкалифильная группа представлена 49 облигатными (84,4% от общего количества видов гидрофильного ядра) и 6 факультативными видами.
Рис. 1. Распределение растений в диапазоне активной реакции воды
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
;JF
зз
134
15
27
60 50 40 30 20 10 0
49
□ облигатные □ факультативные
□ облигатные gg факультативные
Рис. 2. Приуроченность видов к группам по отношению к активной реакции воды: 1 - ацидофильная группа; 2 - алкалифильная; 3 - алкалибионтная (справа - приуроченность видов в «гидрофильном ядре»)
2
2
3
1
2
3
Алкалибионтная группа (рН 8.7 и более). В сред-нещелочных водах произрастают 42 вида (24,7% от общего количества видов), среди которых 27 обли-гатных и 15 факультативных. В эту группу вошли все виды соляно-водного флористического комплекса. Облигатными видами алкалибионтной группы являются Ruppia drepanensis, R. maritime, Zannichellia pedunculata, Halerpestes sarmentosa, Cyperus fuscus, Typha laxmanii, Potamogeton macrocarpus, Alisma gramineum, A. lanceolatum, Puccinellia dolicholepis и др. В «гидрофильном ядре» в этой группе всего 10 видов, из которых 8 облигатных и 2 факультативных. Облигатные виды представлены Potamogeton macrocarpus, P. marinus, Ruppia drepanensis, R. maritime, Zannichellia pedunculata, Z. repens, Althenia filiformis, Najas marina. Факультативно в ал-калибионтную группу входят два вида рдестов -Р. pectinatus и P. perfoliatus.
Индифферентная группа (рН 6.5-10.3). В группе четыре таксона, способных выдерживать самый большой диапазон активной реакции среды - от слабокислых до среднещелочных вод. Это такие виды, как Potamogeton pectinatus, P. perfoliatus, Phragmites australis и Carex secalina.
Таким образом, самое большое количество видов на изученной территории находит пригодные для существования условия в нейтральных и слабощелочных водах (167 видов) при pH 7.2-8.6.
Изучение лимитирующих факторов в водных экосистемах и их влияния на растения имеет огромное практическое значение, прежде всего для выяснения экологической роли водных и прибрежно-водных растений, их непосредственного использования в восстановлении водных экосистем.
При этом необходимо понимать, что факторы действуют не изолированно друг от друга, а в виде сложного комплекса. Проведение таких исследований важно как в теоретическом, так и в практическом отношении, так как высшая водная растительность продуцирует органическое вещество, в значительной мере формирует качество воды в водоемах, создает особую среду для гидробионтов, в конечном итоге определяет многие режимы водоемов.
Разработка методов и способов прогнозирования представляет собой особую задачу, решение которой может быть выполнено только при использовании для этих целей фундаментальных знаний о сложных биотических процессах, протекающих в экосистемах, качественных и количественных их изменениях при переменах, которые происходят во внешней среде. Для этого недостаточно знать только, как устроена экосистема. Необходимо понимать механизмы, обеспечивающие взаимосвязи, и уметь выражать их количественно. Изучение экологии водных гидрофитов имеет теоретическое значение для развития общей экологии растений, а также создает основу для решения практических задач. Количественное определение экологических спектров видов необходимо для регулирования водных фитоценозов, прогнозирования сукцессии или для использования гидрофитов как индикаторов среды в настоящем и историческом прошлом. Особое значение имеет выявление ведущих факторов водной среды и оценка их влияния на гидрофильные виды растений. Без информации о влиянии среды и ответных реакциях растения невозможно объяснить многие особенности строения растений, их жизненных функций, наследственной основы, наконец, позицию в растительном сообществе.
Библиографический список
1. Свириденко Б. Ф. Флора и растительность водое- 3. Салазкин А.А. Основные типы озер гумидной мов Северного Казахстана. - Омск, 2000. зоны СССР и их биопродуктивная характеристика //
2. Константинов А.С. Общая гидробиология. - М., 1972. Известия ГосНИОРХ, 1976. - Т. 108.
