Вода как экологический фактор
Вода необходима для жизни растения. Тело его на 50. 98 % состоит из воды. Все физиологические процессы протекают при ее участии. Вода — один из наиболее существенных экологических факторов, оказывающих влияние на распространение растений.
Условия водообеспечения накладывают глубокий отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру растения. По отношению к условиям увлажнения различают пять основных эколого-морфологических групп растений: гидро-, гело-, гигро-, мезо- и ксерофиты.
Гидрофиты — водные растения, погруженные в воду или плавающие на ее поверхности (пузырчатка обыкновенная, ряска трехдольная и др.) и подводные укореняющиеся, часть листьев которых находится на поверхности воды (кувшинка, кубышка, рдесты, элодея, или водяная чума, и др.).
Водная среда обитания имеет ряд особенностей. Света здесь меньше, так как часть лучей отражается поверхностью воды. С глубиной изменяется и его спектральный состав: верхние слои воды поглощают красные лучи, более глубокие — зеленые, синие и ультрафиолетовые. Высшие водные растения поэтому редко обитают на глубине более 1. 2 м.
Колебания температуры, связанные с сезоном года и временем суток, сглажены высокой теплоемкостью воды. Тепловой режим здесь более выравнен и постоянен. В связи с медленным прогреванием воды весеннее пробуждение растений запаздывает по сравнению с наземными. Вода значительно плотнее воздуха, она поддерживает тело растений. Воздуха в воде мало, особенно кислорода, необходимого для аэробного дыхания.
По содержанию питательных веществ, подвижности (приливы, отливы, течение и др.) и тепловому режиму водоемы очень отличны, что обусловливает и разнообразие набора растений. Они принадлежат к разным семействам и родам, но имеют общие черты строения, связанные с приспособлением к жизни в воде.
Большинство погруженных и плавающих растений обладают очень большой поверхностью тела по отношению к его общей массе. Они поглощают воду, растворенные в ней питательные вещества и газы через эпидерму. Чем больше площадь соприкосновения растения с окружающей водой, тем благоприятнее условия его питания и дыхания. Относительно плотная водная среда позволяет развивать такую поверхность. Эти растения обычно имеют длинные и гибкие побеги, листья их тонкие или рассеченные на многочисленные мелкие доли (у видов водяных лютиков, урути, роголистника и др.). Они хорошо омываются проточной водой, не подвергаясь при этом разрыву.
Другой характерный признак водных растений — упрощение и даже редукция корневой системы. Она служит в основном для закрепления на дне. Всасывание необходимых веществ осуществляется всей поверхностью тела.
Многие многолетние водные растения имеют хорошо развитую систему корневищ, которые выполняют функцию запасающих органов и служат для возобновления. Таковы сильно ветвящиеся тонкие корневища рдестов, толстые, достигающие большой длины и богатые запасным крахмалом корневища кувшинок и т. д.
Для анатомического строения гидрофитов характерен ряд приспособительных признаков, связанных со спецификой роста в водной среде.
На погруженных в воду листьях и стеблях эпидерма лишена устьиц, кутикулы, волосков, воскового налета; через нее идет всасывание воды и газов. Эпидерма способна ослизняться. Слизь уменьшает трение при колебании побегов в текучей воде. Ослизнение клеточных стенок защищает протопласт от выщелачивания окружающей водой. У плавающих на поверхности воды листьев кувшинки или кубышки кутикула выражена. Она плохо смачивается, и устьица, развитые на верхней стороне листа, не заполняются водой. Устьиц много, они постоянно открыты, что свидетельствует об очень интенсивной транспирации.
У гидрофитов чрезвычайно развита система межклетников, заполненных воздухом, т.е. аэренхима. Она обеспечивает растению запас газов, аккумулируя кислород фотосинтеза днем, а ночью используя его для дыхания и накапливая углекислый газ. Аэренхима увеличивает плавучесть листьев, они поднимаются вверх, где условия более благоприятны для фотосинтеза (рис. 256). Механические ткани развиты слабо — вода сама поддерживает тело растения. Извлеченное из воды растение сразу поникает, листья его обвисают, оно не способно сохранять вертикальное положение. Проводящие ткани очень сильно редуцированы. Осмотическое давление в клетках низкое, не превышает 8 атм.
Семенное размножение у гидрофитов часто затруднено. Рдесты и водные лютики лишь во время цветения поднимают над водой цветки, а наяды и роголистники даже цветут под водой. После опыления и оплодотворения цветки втягиваются в воду, плоды и семена созревают под водой. Распространяются они водой, ветром и водоплавающими птицами, а также другими способами.
Водные растения легко размножаются вегетативно.
Гигрофиты — «земноводные», «амфибии» — прибрежно-водные растения, живущие в условиях избыточного или переменного увлажнения. Растут частично погруженными в воду, выносят как временное полное затопление, так и выход на сушу. К этой группе принадлежат стрелолист, сусак, частуха подорожниковая, тростник, рогоз, камыш озерный, ежеголовник. По своему строению они близки к гидрофитам, однако способны выдерживать некоторую потерю воды, не теряя форму. Их механические и проводящие ткани лучше развиты. Осмотическое давление 8—12 атм.
Для некоторых гигрофитов характерна гетерофиллия (разнолистность), связанная с изменением экологических условий в течение онтогенеза растения (рис. 257).
Гелофиты — это группа гигрофитов — обитателей сырых или болотистых переувлажненных почв. Среди них такие лесные и луговые травы, как недотрога, калужница, белокрыльник, пушица, многие осоки. Гелофиты слабо регулируют свою транспирацию, устьица у них всегда открыты. Излишняя вода выводится через гидатоды (водяные устьица).
Среди сельскохозяйственных растений есть только один гигрофит — рис. Гигрофиты — переходная группа от типичных водных растений-гидрофитов к сухопутным — мезофитам и ксерофитам.
Мезофиты — растения, живущие в условиях достаточного увлажнения. Мезофиты широко распространены на земной поверхности. Большинство растений лугов и лесов относится к этой группе. К мезофитам относятся растения разных жизненных форм: наши лиственные деревья и кустарники, большинство луговых трав, многие многолетние травянистые лесные виды, полевые сорняки. В строении мезофитов сочетаются черты гигрофитов и ксерофитов. Для них характерно нормальное развитие покровных тканей, среднее число устьиц и жилок. Листья обычно довольно крупные, тонкие. Осмотическое давление не превышает 25 атм.
В средних условиях теплового и водного режима мезофиты быстро растут и дают высокие урожаи. Вследствие этого человек отбирал и культивировал именно мезофиты. К ним принадлежат основные сорта пшеницы, гречиха, лен, клевер луговой, овощные и плодовые растения. Их мезофитные свойства в культуре усиливаются.
Ксерофиты— растения, живущие в условиях недостаточного увлажнения. Они способны переживать атмосферную и почвенную засуху, оставаясь физиологически активными.
Большинство ксерофитов — растения степей, полупустынь и пустынь. Встречаются они и в лесной зоне умеренного климата, главным образом в местах, сильно прогреваемых солнцем и мало-орошаемых, например на южных склонах гор, обрывах, песчаных откосах и т. д.
Ксерофиты очень разнообразны по строению и облику. По характеру приспособлений среди них могут быть выделены эуксерофиты, суккуленты, а также эфемеры и эфемероиды.
Эуксерофиты — собственно ксерофиты, настоящие ксерофиты, или склерофиты — растения разных жизненных форм, относящиеся к разным родам и семействам. Преобладают многолетние травы (ковыль, типчак, свинорой) и полукустарники (полыни, прутняк), есть кустарники (эфедра) и небольшие деревья (саксаул). Из культивируемых растений к ним относятся сорго, суданская трава, маслина.
Внешний облик эуксерофитов очень характерен: суховатые твердые стебли, мелкие жесткие листья. Такая структура позволяет им переносить засуху, высокие температуры, сухие почвы, горячие иссушающие ветры. Склерофиты могут терять до 25 % содержащейся в них воды, сохраняя жизнеспособность.
Уменьшение транспирации и накопление воды в растении обеспечиваются как физиологическими, так и морфолого-анатомическими приспособлениями. Повышенное осмотическое давление (40. 60 атм, а у мезофитов оно ниже 20 атм) позволяет эуксерофитам извлекать воду из достаточно сухой почвы.
Морфологические и анатомические особенности эуксерофитов очень разнообразны.
Сокращение расхода воды прежде всего связано с уменьшением транспирации. Это достигается ограничением испаряющей поверхности листьев. Одни из склерофитов безлистны (афиллы); листья их редуцированы или рано опадают. Другие же имеют мелкие, нерасчлененные жесткие листья. В засушливый период часто происходит листо- или ветвепад.
Важную роль играет и строение эпидермы с толстой кутикулой, восковым налетом или сильным опушением, что придает листьям тускло-серую окраску. Густое опушение мертвыми волосками задерживает увлажненный воздух на поверхности, чем замедляется испарение. Часто кутикула блестящая, что способствует отражению солнечных лучей и уменьшает нагрев листьев. Устьица немногочисленные, погруженные, иногда закрыты восковыми крупинками.
Плотное сложение мезофилла, небольшие межклетники, слабое развитие губчатой ткани также задерживают потерю воды.
Важная особенность эуксерофитов — мощное развитие механических тканей. Склеренхима поддерживает в воздухе листья и стебли при подвядании растения, позволяет им сохранить форму и жизнеспособность.
Наряду с приспособлениями к экономии воды эуксерофиты обладают способностью активно поглощать ее из почвы.
Суккуленты — сочные мясистые многолетние растения, способные накапливать много воды и очень медленно ее расходовать.
Мощная водозапасающая паренхима сосредоточена или в стеблевой части видоизмененных побегов — стеблевые суккуленты (кактусы, кактусовидные молочаи) или в листьях — листовые суккуленты (столетники, агавы, очитки).
Суккуленты широко распространены в пустынях Африки, Америки, Австралии. Среди растений нашей флоры встречаются листовые суккуленты — очитки и молодило.
Суккуленты способны переносить нагревание и длительную засуху. Преобладающая ткань суккулентов — основная паренхима, накапливающая воду. Это живые клетки, богатые слизями и сахарами, что повышает их водоудерживающую способность. Обводненность клеток достигает 95 %. Запас воды может быть очень велик. Так, кактусы в пустынях Северной Америки накапливают 1000. 3000 л воды. Осмотическое давление низкое — 5. 7 атм.
Корни поверхностные, быстро вырастающие и быстро впитывающие воду после дождя. В сухое время большая часть корней отмирает, успевая обеспечить растение влагой на длительное время.
Суккуленты очень экономно расходуют воду. Уменьшение транспирации достигается целым рядом приспособлений. У стеблевых суккулентов листья редуцированы, часто превращены в колючки или шипы. Стебли утолщены, имеют форму столбовидную (некоторые достигают 10. 15-метровой высоты), шаровидную, лепешковидную (у кактуса опунции). Такая форма — способ сокращения испаряющей поверхности: у шара наименьшее отношение площади поверхности к объему. Колонновидные и шаровидные стебли кактусов обычно ребристые, что увеличивает ассимилирующую поверхность.
Эпидерма толстостенная, часто многослойная с толстой кутикулой и восковым налетом. Устьиц мало, днем они обычно закрыты. Это снижает транспирацию, но затрудняет фотосинез, преграждая доступ углекислого газа в светлое время. С этим связан особый тип фотосинтеза у суккулентов, при котором они используют углекислый газ, выделяющийся при дыхании.
Листовые суккуленты нашей лесной зоны — очиток и молодило, растения солнечных, песчаных и известковых склонов, сухих сосновых боров. Размножаясь вегетативно, часто образуют целые куртины. По обводненности тела очиток едкий не уступает кактусам. Как и у агав, у очитка утолщен лист, где развита мощная водозапасающая паренхима. За счет увеличения объема листьев происходит уменьшение общей испаряющей поверхности.
Эфемеры и эфемероиды — травы с очень коротким периодом вегетации, переживающие неблагоприятные условия в состоянии покоя. Это растения, которые приспособились к перенесению периодической сухости в состоянии покоя — резкого снижения обменных процессов.
Эфемеры — однолетние травы, завершающие полный цикл развития (от семени до семени) за очень короткий срок (обычно несколько недель). Это в основном растения пустынь и полупустынь, реже степей. Развиваются ранней весной и до наступления засухи успевают дать жаростойкие семена (бурачок пустынный, крупка весенняя, мак, виды костреца, житняка).
Эфемероиды — многолетние травы. Их период вегетации также очень недолог. Цветут рано весной. Летом надземные побеги полностью отмирают, остаются лишь подземные запасающие органы с почками возобновления — корневища, луковицы, клубнелуковицы, клубни. Характерны для пустынь и полупустынь (некоторые ирисы, тюльпаны, мятлик живородящий, ферула и др.), а также для широколиственных лесов, где используют короткий светлый и влажный период до распускания листьев на деревьях (пролеска сибирская, хохлатки, гусиные луки, ветреница лютичная, чистяк весенний). Лесные травы к такому образу жизни вынуждает недостаток освещения летом под деревьями.
Эфемеры и эфемероиды — это беглецы, спасающиеся от недостатка воды или света переходом в состояние покоя. По сравнению с ними эуксерофиты — это борцы с засухой, а суккуленты — терпеливцы.
Источник
Вода, как экологический фактор. Особенности физико-химических свойств воды
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Мая 2013 в 14:33, реферат
Краткое описание
Целью данной работой является изучить воду, как экологический фактор, а так же ее влияние на окружающую среду. Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
1) изучить особенности физико-химических свойств воды;
2) проанализировать влияние воды на организм человека и его здоровье.
Содержание
Введение 3
1. Вода, как экологический фактор 4
2. Физико-химические свойства воды 7
3. Вода и здоровье человека 11
Заключение 16
Список используемой литературы 17
Вложенные файлы: 1 файл
Вода, как экологический фактор.docx
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Российский государственный гидрометеорологический университет
Экономический и социально-гуманитарный факультет
Кафедра связей с общественностью
по дисциплине «Окружающая среда и здоровье человека»
«Вода, как экологический фактор.
Особенности физико-химических свойств воды»
- Вода, как экологический фактор 4
- Физико-химические свойства воды 7
- Вода и здоровье человека 11
Список используемой литературы 17
Вода – это самое уникальное и загадочное природное образование. Она играет исключительную роль в жизни любого организма. Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни. Приблизительно две трети человеческого тела приходятся на долю воды, и многие пищевые продукты состоят преимущественно из воды. Она присутствует во всех клетках и тканях, играет главную роль во всех биологических процессах от пищеварения до кровообращения и выполняет множество важных функций.
Актуальность данной темы заключается в том, что основные физико-химические свойства воды влияют на все процессы, в которых вода принимает участие. Это и характеризует ее, как один из экологических факторов.
Целью данной работой является изучить воду, как экологический фактор, а так же ее влияние на окружающую среду. Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
- изучить особенности физико-химических свойств воды;
- проанализировать влияние воды на организм человека и его здоровье.
- Вода, как экологический фактор
Экологическими факторами называют свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Роль воды как экологического фактора определяется ее физическими и химическими свойствами и подвижностью.
Вода — среда обитания разнообразных живых организмов. Тела живых организмов в основном состоят из воды. Так содержание воды в растениях колеблется от 40 до 98%, в теле животных от 35% до 83%. Без воды не могут осуществляться процессы обмена веществ. С экологической точки зрения она служит лимитирующим фактором, как в наземных местообитаниях, так и в водных, где ее количество подвержено сильным колебаниям, или там, где высокая соленость способствует потере воды организмом через осмос. Поддержание водного баланса имеет огромное значение для всех животных организмов. Все живые организмы, в зависимости от потребности их в воде, а следовательно и по местообитаниям, подразделяются на ряд экологических групп:
- водные или гидрофильные (постоянно живут в воде),
- гигрофильные (живут в очень влажных местообитаниях),
- мезофильные (отличаются умеренными потребностями в воде),
- ксерофильные (живут в сухих местообитаниях).
Каждая группа — хороший индикатор господствующих в данной местности экологических условий.
Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеспеченность наземных организмов зависят, прежде всего, от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т. п. Количество осадков зависит в основном от путей и характера больших перемещений воздушных масс. Распределение осадков по временам года — крайне важный лимитирующий фактор для организмов. Условия, создающиеся в результате равномерного распределения осадков, совершенно иные, чем при выпадении осадков в течение одного сезона. В этом случае животным и растениям приходится переносить периоды длительной засухи. Как правило, неравномерное распределение осадков по временам года встречается в тропиках и субтропиках, где нередко хорошо выражены влажный и сухой сезоны. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных, как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).
Но для растения важно не только количество воды, поступающее в его распоряжение, но также и ее состояние в атмосфере и в почве. Растения потребляют воду в основном в жидком состоянии. В умеренной и холодных зонах огромное косвенное влияние на растения оказывает вода в твердой фазе. Снег помимо большого его значения для теплового режима местообитания играет немалую роль в весенний период, когда осадков обычно мало и тающий снег пополняет водные запасы почвы; как раз тогда, когда растущим растениям требуется повышенное количество влаги. Кроме того, он во многом определяет степень водоемкости почв, что влияет на экологию луговых растений. Лед оказывает на растение большей частью вредное влияние, а при возникновении в межклетниках причиняет механические повреждения. Зимой в случае образования слоя льда на поверхности почвы могут погибнуть культивируемые и дикорастущие растения. Изморозь или рыхлый лед на ветвях деревьев и листьях трав во время туманов, в некоторой степени способствует накоплению воды; при таянии часть ее может попасть в почву, часть испаряется в атмосферу. Подобное же значение имеет иней.
При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В гумидных (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.
Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части Земного пара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни, количество воды. Водная и воздушная оболочки Земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата.
- Физико-химические свойства воды
Многие столетия люди не знали, что представляет собой вода, и как появилась она на планете. В 1932 году мир облетела сенсация: кроме обычной воды, в природе существует еще и тяжелая вода. Сегодня известно, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Состав воды, даже полностью освобожденной от минеральных и органических примесей, сложен и многообразен.
Всё многообразие свойств воды и необычность их проявления определяется, в конечном счете, физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул. Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава. Она проявляет себя, как универсальный растворитель. Ее растворяющему действию, в той или иной мере, подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы.
Исследователи раскрывают все более тонкие и сложные механизмы «внутренней организации» водной массы. Изучение воды дает все новые факты, углубляя и усложняя наши представления об окружающем мире. Развитие этих представлений помогает нам понять свойства воды и особенности взаимодействия ее с другими веществами.
Вода, на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, но именно она является универсальным растворителем значительного количества веществ, поэтому в природе химически чистой воды нет. Особенно ярко свойства растворителя проявляются в морской воде, в ней растворяются почти все вещества. Около семидесяти элементов Периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли.
Наличие в воде различных веществ свидетельствует о ее высокой растворяющей способности. Это основное свойство воды. Вся практическая деятельность человека, с самой глубокой древности, связана с использованием воды и водных растворов и для приготовления пищи и для других житейских надобностей.
Основные физико-химические свойства воды влияют на все процессы, в которых вода принимает участие. Наиболее важны, на наш взгляд, следующие свойства.
1. Поверхностное натяжение — это степень сцепления молекул воды друг с другом. Органические и неорганические соединения растворяются в жидких средах, содержащих воду, поэтому поверхностное натяжение потребляемой нами воды имеет большое значение. Любая жидкость в организме содержит воду и, так или иначе, участвует в реакциях. Вода в организме играет роль растворителя, обеспечивает транспортную систему и служит средой обитания наших клеток. Поэтому, чем ниже поверхностное натяжение, соответственно, выше растворяющая способность воды, тем лучше вода выполняет свои основные функции. В том числе и роль транспортной системы. Поверхностное натяжение определяет «смачиваемость» воды и ее растворяющие свойства. Чем ниже поверхностное натяжение, тем выше растворяющие свойства, тем выше текучесть. Все три величины — поверхностное натяжение, текучесть и растворяющая способность — связаны между собой.
2. Кислотно-щелочное равновесие воды. Основные жизненные среды (кровь, лимфа, слюна, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) имеют слабощелочную реакцию. При сдвигах их в кислую сторону, меняются биохимические процессы, организм «закисляется». Это ведет к развитию болезней.
3. Окислительно-восстановительный потенциал воды. Это способность воды вступать в биохимические реакции. Она определяется наличием свободных электронов в воде. Это очень важный показатель для организма человека. ОВП воды должен соответствовать ОВП межклеточной жидкости. Он находится в диапазоне от -100 до -200 милливольт (мВ). Тогда организму не надо будет тратить дополнительную энергию на выравнивание ОВП.
4. Жесткость воды — характеристика воды, обусловленная содержанием в ней катионов кальция и магния. Бытовыми признаками повышенной жёсткости воды может служить плохое вспенивание в воде мыла, образование сильной накипи в чайнике, горьковатый вкус воды.5. Температура воды определяет скорость протекания биохимических реакций.
6. Минерализация воды. Наличие в воде макро- и микроэлементов необходимо для жизнедеятельности организма человека. Жидкости организма представляют собой электролиты, восполняемые минералами, в том числе и за счет воды.
7. Экология воды — химическое загрязнение и биогенное загрязнение. Чистота воды — наличие в ней примесей, бактерий, солей тяжелых металлов, хлора и др.
8. Структура воды. Вода представляет собой жидкий кристалл. Диполи молекулы воды ориентируются в пространстве определенным образом, соединяясь в структурные конгломераты. Это позволяет жидкости составлять единую биоэнергоинформационную среду. Когда вода находится в состоянии твердого кристалла (льда), молекулярная решетка жестко ориентирована. При таянии разрываются жесткие структурные молекулярные связи. И часть молекул, высвобождаясь, образует жидкую среду. В организме вся жидкость структурирована особым образом.
9. Информационная память воды. За счет структуры кристалла происходит запись биополевой информации. Это один из очень важных параметров воды, имеющий большое значение для организма человека. Японский ученый Эмото Масару проводил исследования, фотографируя кристаллы замороженной воды из различных источников, которой давал послушать классическую и современную музыку, прочитать слова, написанные на разных языках мира, показывал снимки. В результате своих исследований он доказал, что Вода может слышать, видеть, читать. Учитывая, что мы с вами состоим из воды, то вся информация, которую мы получаем извне и генерируем внутри себя (обиды, злость, досада или радость, прощение, доброту, сочувствие), мы записываем на своих жидкостях и передаём своим потомкам.
Источник
