Вода (H2O) как экологический фактор

В жизни растений, как и всех других организмов нашей планеты, воде принадлежит исключительная роль. Значение воды для растительного организма состоит в следующем.
1. Вода образует структуру цитоплазмы. Молекулы белков, нуклеиновых кислот, мембраны сохраняют свою структуру и активность только при наличии водородных связей с водным матриксом.
2. Вода — растворитель разнообразных веществ, она обеспечивает транспорт минеральных, органических веществ и газов (CO2, O2) по растению.
3. Вода — активный участник биохимических превращений. Она принимает участие в фотосинтезе, дыхании, гидролитических процессах, а также служит источником O2.
4. Вода поддерживает тургорное (упругое) состояние тканей растений, а это обеспечивает сохранение ими формы, определенную ориентацию органов в пространстве.
5. Вода способствует стабилизации температуры растений.
6. Вода обеспечивает связь органов друг с другом, координацию их деятельности.
Вода составляет в среднем 80-90 % массы растения. Содержание воды зависит от типа и возраста органов, их физиологического состояния. Особенно богаты водой сочные плоды (80-95 % сырой массы), молодые корни (70-90 %) и молодые листья (80-90 %). А наиболее бедны водой зрелые семена в состоянии анабиоза, когда процессы жизнедеятельности сведены к минимуму. В воздушно-сухом состоянии семена содержат не более 15 % воды.
Итак, вода — это важнейший экологический ресурс в жизни растений. Поэтому большое значение приобретает оценка обеспеченности растений водой в условиям конкретной экосистемы.
Как известно, основное количество воды растение поглощает из почвы. В свою очередь водный режим почвы, а значит, обеспеченность растений водой, в первую очередь определяется количеством осадков, выпадающих в данном ландшафте.
Количество осадков в метеорологии выражают высотой слоя воды (в мм), который образовался бы на поверхности почвы, если бы выпавшие осадки не стекали, не испарялись и не просачивались вглубь. Слой воды высотой 1 мм на площади 1 га соответствует объему воды 10 м3, или ее массе в 10 т. Наблюдения показывают, что в умеренных широтах в глубине континента выпадает в течение года 300-500 мм осадков (табл. 10).

Однако для оценки водных ресурсов экосистемы недостаточно знать количество выпадающих осадков. Ведь не меньшее влияние на ее водный баланс оказывает испаряемость воды.
Например, в ряде районов Узбекистана и на Кольском полуострове за год выпадает одинаковая сумма осадков 350 мм. Ho на Кольском полуострове испаряемость всего лишь 300 мм, а в Узбекистане 1200 мм в год. Поэтому в Узбекистане воды недостаточно и земледелие нуждается в поливе, а на Кольском полуострове влага всегда в избытке.
Как известно, испаряемость зависит в основном от прихода солнечной радиации и обусловленного этим температурного режима. Поэтому для характеристики обеспеченности растений водой широко используют гидротермический коэффициент (сокращенно — ГТК).
Для расчета ГТК используют сумму осадков за вегетационный период (мм) и сумму средних суточных температур за период между датами перехода через 10°. Значения ГТК для основных природных зон приведены в табл. 11.

Величина ГТК за июнь-август более 1,6 характеризует избыточно влажную зону, 1,6-1,3 — влажную зону, 1,3-1,0 — недостаточно увлажненную зону, 1,0-0,4 — засушливую зону, а менее 0,4 — очень засушливую зону.
Можно рассчитать ГТК не только за вегетационный период в целом, но и за 1 месяц. Это позволяет дать объективную характеристику обеспеченности растений влагой в течение каждого периода их жизни.
Итак, благодаря показателю ГТК, мы можем судить о степени обеспеченности растений водой в любой экосистеме в течение интересующего нас периода времени. Ho как оценить результаты потребления растением воды, эффективность ее использования? Расходует ли растение этот ценнейший экологический ресурс экономно или, напротив, растрачивает его без меры?
В полевых опытах для оценки эффективности использования воды растениями определяют коэффициент водопотребления (сокращенно КВ). Его рассчитывают как отношение суммарного потребления растениями воды за вегетационный период к созданной биомассе (или урожаю). Например, если KB томата равен 400, это означает, что урожай в 100 кг можно получить при условии обеспечения растений 40000 литрами воды (40000 / 100 = 400).
В условиях хорошей обеспеченности влагой коэффициент водопотребления составляет: для свеклы, моркови, капусты, кукурузы — 300-400, для зерновых культур и картофеля — 350-400, для многолетних луговых трав — 500-700.
Коэффициент водопотребления в значительной степени зависит от почвенных и климатических условий. Для одних и тех же сортов по мере их продвижения из влажного климата в сухой KB возрастает примерно в 2 раза. В засушливые годы KB выше, чем во влажные.
На значительной территории России величина возможного урожая в основном определяется обеспеченностью растений влагой. Поэтому задача земледельца состоит в создании таких условий, при которых коэффициент водопотребления снижается. Снижение коэффициента водопотребления происходит в случае изменения условий произрастания растений, при котором повышается их урожайность (внесение удобрений, поливы и пр.).