Водные растения, фотосинтезирующие организмы, жизненный цикл которых протекает в частично или полностью погруженном в воду состоянии. Размеры их варьируют от микроскопических (одноклеточные формы) до сравнительно крупных (т.н. макрофиты), как, например, у кувшинок, и даже гигантских, как у некоторых бурых водорослей, достигающих в длину 30 м.
И по форме роста, и по своей систематической принадлежности водные растения весьма разнообразны – они присутствуют в любой основной группе растений и фотосинтезирующих протистов. Микроскопические водные растения представлены водорослями ( ). К водорослям же относятся и самые крупные морские виды. В пресных водах большинство водных растений – покрытосеменные, хотя там же представлены и другие таксономические группы (мхи, печеночники, папоротниковидные и т.д.).
Водные растения – основные продуценты водных экосистем: без них не могли бы существовать водные животные. В ходе фотосинтеза они не только образуют органические вещества, но и выделяют в окружающую среду кислород, который аэрирует воду и используется для дыхания рыбами и другими обитателями водоемов. Поглощая растворенные минеральные вещества, водные растения способствуют самоочищению бассейнов. Наконец, они дают убежище и пищу многим водным насекомым и другим мелким животным, которые, в свою очередь, служат кормом для рыб. Некоторые виды рыб, в частности из отряда карпообразных, питаются непосредственно макрофитами. Семена, плоды и клубни многих водных растений являются пищей для млекопитающих и птиц, а некоторые мелкие водные растения (вроде ряски) заглатываются птицами целиком. Заросли тростника, камыша и других растений служат для прибрежных птиц и млекопитающих надежным убежищем.
Водные макрофиты по форме роста делятся на четыре основных группы: 1) свободноплавающие на поверхности или в глубине стоячей воды; 2) укорененные с плавающими на поверхности листьями; 3) укорененные или прикрепленные ко дну, все части которых, иногда кроме генеративных, находятся под водой; 4) полупогруженные укорененные растения типа тростника, у которых стебли и часто листья поднимаются над водой. Впрочем, четкой границы между этими группами нет, а некоторые растения переходят из одной в другую в зависимости от стадии развития.
Поскольку для роста корней необходим кислород, а донные почвы им бедны, тело многих водных растений пронизано губчатой воздухопроводящей тканью – аэренхимой. В нее поступают образующийся при фотосинтезе кислород и воздух, проникающий в подводные и воздушные части растения.
Распространение и жизненные потребности. Водные растения распространены очень широко. Некоторые их виды встречаются почти по всему земному шару; известны группы близкородственных форм, замещающих друг друга в разных частях света. Вполне вероятно, что такое широкое распространение обусловлено переносом их семян и других репродуктивных структур птицами.
Многие водные растения способны, изменив форму роста, приспособиться к различным условиям среды, например к жизни вне воды на сырой почве. Так, у выращиваемого в аквариуме стрелолиста (Sagittaria) листья мягкие и лентовидные, а на болотах они образуют жесткие черешки и напоминающие наконечник стрелы пластинки.
В то же время в любом местообитании для нормального развития вида необходимы определенные условия: тот или иной химический состав воды, ее температура, тип субстрата и т.п. Большинство водных растений лучше всего растет в стоячей или медленно текущей воде, однако некоторые, например из рода Podostemon, встречаются только в местах с быстрым течением.
Химический состав воды. По требованиям к химическому составу воды можно выделить четыре группы водных растений: 1) виды, произрастающие в мягких, нейтральных или слегка кислых водах, обычных для областей, где мало известняка; 2) виды пресных вод, богатых карбонатом кальция; 3) виды опресненных морских и щелочных (богатых сульфатами) вод аридных областей; 4) морские виды. Некоторые широко распространенные водные растения хорошо растут при различном химическом составе воды, другие – только при строго определенном. Например, Phyllospadix встречается только в морской воде, Ruppia – только в солоноватой или щелочной, многие рдесты (Potamogeton) предпочитают воду, богатую известью, а большинство полушников, или шильников (Isoetes), произрастает только в мягкой болотной воде.
Температура воды. Это тоже важный фактор. Есть виды, обитающие только в тропических областях, тогда как другие растут лишь в умеренном климате.
Потребности в питательных веществах. Свободноплавающие растения, например ряска и водные папоротники, получают необходимые для питания соли непосредственно из воды, однако большинство водных растений, по крайней мере частично, извлекает их из донной почвы и лучше всего развивается на плодородном, богатом органикой субстрате. На бедных почвах, например на песке, рост многих видов подавляется, и некоторые водные растения, в частности стрелолист (Sagittaria) и Echinodorus, в этих условиях остаются на ювенильной стадии, что часто используется аквариумистами. Для нормального развития водным растениям необходимо также адекватное освещение.
Таксономические группы водных растений. Покрытосеменные (цветковые). К этой группе относится множество водных, а также земноводных, т.е. способных переносить временное затопление, макрофитов. Большинство из них входит в 10 семейств однодольных (имеющих одну семядолю и, как правило, параллельное жилкование листьев); внешне они зачастую напоминают злаки, даже если ими и не являются. Это следующие семейства: рогозовые (Typhaceae), ежеголовниковые (Sparganiaceae), рдестовые (Potamogetonaceae), частуховые (Alismataceae), водокрасовые (Hydrocharitaceae), злаки (Gramineae), осоковые (Cyperaceae), аронниковые (Araceae), рясковые (Lemnaceae) и ситниковые (Juncaceae). Среди двудольных (у них две семядоли и обычно сетчатое жилкование листьев) больше всего водных растений в семействах лютиковых (Ranunculaceae), кувшинковых (Nymphaeaceae), сланоягодниковых (Haloragaceae) и пузырчатковых (Lentibulariaceae).
В некоторых местах водные растения относятся к доминантам растительного покрова. Так, на озерном мелководье часто в массе разрастаются рдесты, ряска может покрыть собой всю поверхность богатых питательными веществами прудов, солерос (Salicornia) нередко преобладает на заливаемых морским приливом низменностях, а на пресных болотах обычны густые заросли камыша, осок, тростника и рогоза. В некоторых мелких болотах на севере США канадский рис образует сплошные травостои, напоминающие посевы пшеницы, а на юге страны в аналогичных местообитаниях процветают водяной гиацинт и очереднопыльник филоксеровый.
Мхи и печеночники. Мхи интенсивно развиваются в стоячих водах, образуя т.н. моховые болота. В Северной Америке к листостебельным мхам и близкой к ним группе печеночников относится всего ок. 20 видов пресноводных растений. Самый известный из них – мох Fontinalis, часто встречающийся на затопленных деревьях в прозрачных речках. Его мягкие прямостоячие стебельки покрыты множеством мелких и тонких треугольных листьев. Иногда его разводят в аквариумах, особенно если хотят стимулировать размножение рыб. У мха Drepanocladus побеги стелющиеся, буроватые. Он растет на мелководьях под тростником и осокой. Его мелкие листья на концах стебельков серповидно изогнуты. Из печеночников в стоячих водоемах обычна риччия водная (Riccia fluitans), растущая в виде запутанной массы зеленых вильчато ветвящихся нитей.
Водоросли. Не считая микроскопических форм и морских макрофитов, обычными в этой группе являются лучицы, или харовые (Characeae), широко представленные в пресных водоемах. Виды рода Chara с прямостоячим «стебельком» напоминают маленькую елочку. Их пахнущие рыбой клетки часто инкрустированы карбонатом кальция. Близкий род Nitella растет главным образом в мягкой воде (иногда разводится в аквариумах). Его «побеги» мягкие, тонкие, вильчато ветвящиеся.
Папоротники и близкие к ним группы. Обитатели вод среди этих растений, размножающихся не семенами, а спорами, представлены различными жизненными формами. Мелкие папоротники Azolla и Salvinia свободно плавают на поверхности стоячих водоемов. У первого рода листья в виде перекрывающихся чешуек, а у второго – эллиптические, неперекрывающиеся и опушенные жесткими волосками. Иногда Azolla разрастается по всей поверхности прудов; осенью ее побеги краснеют. Salvinia происходит из теплых регионов планеты, и некоторые ее виды, интродуцированные в США, засоряют водоемы. Этот папоротник часто разводят в аквариумах и декоративных бассейнах. Полушник, или шильник (Isoetes), – с виду неброское, дерновинное, напоминающее осоку растение; оно развивается под водой на грубозернистом субстрате в озерах с песчаным, каменистым или скалистым дном, иногда образуя целые подводные луга. Полушник близок к деревьям рода Sigillaria, росшим на болотах в каменноугольном периоде: как и у них, его споры развиваются в ямках у основания листьев. Хвощ речной (Equisetum fluviatile) – тоже близкое к папоротникам растение с древней родословной. У него трубчатые стебли с отходящими от узлов мутовками веточек; на вершине стебля созревает бурый, похожий на шишку колосок со спорами.
Экономические аспекты. Одни водные растения ценятся как сельскохозяйственные культуры, другие – как виды, обеспечивающие среду обитания для рыб и иных водных животных, однако бурное развитие некоторых из них может затруднять судоходство, рыболовство и орошение.
Сельскохозяйственные культуры. Одна из ведущих продовольственных культур в мире – рис (Oryza) – представляет собой водный злак. Североамериканские индейцы использовали в пищу также зерно канадского риса, относящегося к другому роду злаков, который сейчас продается как деликатес, обычно подаваемый с дичью. В качестве пряной зелени используют и жеруху лекарственную, растущую в холодных ручьях и по их берегам. Особенно много водных растений знает китайская кулинария; в их числе – богатые крахмалом клубни стрелолиста и болотницы (ситняга), рогатые плоды водяного ореха (чилима), корневища лотоса и т.д. Некоторые племена употребляют в пищу пыльцу и крахмалистые корневища рогоза.