Мангровые деревья
Вопрос от Виктории.
Здравствуйте, Олег.
Ситуация у нас такая: моя дочь учится в 3м классе средней школы в г. Нью Йорк. Учится очень хорошо, собираясь поступать в среднюю школу по наукам. Поэтому нам очень важно написать на отлично работу которую ей задали...(эта работа будет влиять на её поступление в среднюю школу). И я должна ей в этом помочь. Но..что то не хватает видимо уже и моего высшего экономического (т.к. это не по моему профилю, что вынуждает обратиться к Вам, в надежде что не откажите в помощи!!!!)
Мы выбрали тему: "Будут ли жить растения, если они были несколько часов под соленой (океанской) водой" (коряво звучит т.к. это перевод)
Смысл проекта: В Н.Йорке было наводнение (шторм Сенди), которое мы наблюдали с балкона.
Дочь действительно задалась вопросом когда ушла вода, видя как тонут машины: "А выживут ли деревья и кустарники?! Они же всю ночь были под соленой водой!!"
И сама предложила мне эту тему.
Нам надо провести эксперимент..
Я купила 3 одинаковых цветка в горшках. Один мы поливаем простой водой, другой одной соленой (из океана) , и третий мы 1 раз залили СИЛЬНО соленой водой, слили воду через несколько часов (имитировав Сенди), а потом так же стали поливать водой простой. Цветок умер (и тот что мы поливали водой соленой и тот что залили единожды)
НО!! Я то понимаю что эксперимент "не чистый" - т.е. цветы имеют корневища слабее чем у деревьев.
+ деревья и кустарники что были "под Сэенди" находятся не в цветочных горшках а в открытом грунте...
И очень - ОЧЕНЬ не хочется "подставлять" дочь.
Да - мы напишем, что цветы под соленой водой погибли.
НО! Стоит ли давать сноску, что деревья могут выжить?
Или они тоже погибли ????? (мы это сможем выяснить реально только весной)
А если сейчас мы не дадим этой сноски (что деревья могут выжить) .. - ... ну будет провал в поступлении:((,
А дадим сноску (что деревья могут выжить.. а весной окажется что - деревья мертвые... - тоже провал!
Поэтому именно к Вам я и обращаюсь за помощью- советом!
Как Вы считаете: деревья которые были под океанской водой с 9и вечера до 4х ночи, после чего не было дождей давольно долго... (т.е. грунт не промывался, причем грунт тут скалистый - Н.Йорк стоит на "камнях" ), ВЫЖИЛИ или нет???
Уровень воды на фото (что я прикреплю)
С уважением, Виктория.
Добрый день, уважаемая Виктория!
К сожалению, Ваши эксперименты с обычными растениями обречены на неудачу. Поглощение воды корнями происходит, главным образом путем осмотической диффузии (процесс переноса через молекул растворителя из меньших концентраций в сторону большей концентрации растворённого вещества). Как правило, концентрация растворенных веществ в протоплазме выше, чем в окружающей корни воде. По мере проникновения воды в клетки концентрация солей в них понижается, и поэтому вода из этих клеток переходит в соседние, пока не достигнет стебля. Стебель содержит проводящую ткань, по которой вода поднимается вверх, к листьям. Избыток солей в воде вокруг корневых волосков изменяет направление движения воды так, что под действием осмоса происходит выход воды из клеток корня. Поэтому если в почве концентрация солей превышает предельно-допустимые - 3 грамм на 1 литр, то вода в растение прекращает поступать и оно погибает от обезвоживания.
Это происходит не зависимо от вида растения, хотя в пустынях на солончаковых почвах существуют растения, которые адаптировались к высоких содержанием солей в почве. Поэтому растения следует поливать пресной или слабосолённой водой.
Засоление связано главным образом с повышенным содержанием натрия в почве. В зависимости от преимущественного накопления отдельных солей натрия засоление может быть сульфатным, хлоридным, содовым или смешанным. Наиболее вредное влияние оказывают ионы Na+ и СI-. Действие засоления на растения связано с двумя факторами: ухудшением водного баланса и токсическим влиянием высоких концентраций солей. Засоление приводит к созданию в почве низкого отрицательного водородного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Под влиянием солей происходят нарушения структуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов. Особенно это проявляется при хлоридном засолении. Вредное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением мембранных структур, в частности цитоплазматической мембраны клетки, вследствие чего увеличивается ее проницаемость, теряется способность к избирательному накоплению веществ. В этом случае соли поступают в клетки пассивно вместе с транспирационным током воды. Поскольку в большинстве случаев засоленные почвы располагаются в районах, характеризующихся высокой летней температурой, интенсивность испарения воды через поверхность листьев у растений очень высокая. В результате солей поступает много, что усиливает повреждение растений. Также на засоленных почвах большая концентрация натрия препятствует накоплению других катионов, в том числе и таких необходимых для жизни растения, как калий и кальций. Кроме этого под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, накапливается аммиак и другие ядовитые продукты. Высокая концентрация Na+ и Сl- тормозит фотосинтез. Это связано с чувствительностью к высокой концентрации солей процессов фосфорилирования и карбоксилирования. Повышенная концентрация солей инактивирует работу белков, тормозит их синтез. Отрицательное действие высокой концентрации солей сказывается раньше всего на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли. В стебле наиболее подвержены действию солей клетки проводящей системы, по которым раствор солей поднимается к надземным органам. Для того чтобы избежать осмотического стресса важное значение имеет осморегуляция. Для этого растение использует два пути: накопление ионов и образование растворенных органических веществ, таких как сахара.
Существуют определенные виды растений, которые адаптировались к повышенному содержанию солей в почве, бедного содержания кислорода и частого затопления приливами. Это мангровые растения (мангры) – деревья или кустарники, произрастающие в прибрежных ареалах или в мангровых зарослях – мангровых болотах. Растения-мангры обитают в осадочной прибрежной среде, где в местах, защищённых от энергии волн, скапливаются осадочные отложения, часто с высоким содержанием органики. Мангры обладают исключительной способностью существовать и развиваться в солёной среде на почвах, лишённых доступа кислорода. У каждого вида мангр — свои собственные возможности и способы решения этих проблем в диапазоне экологических условий в приливной зоне. Поэтому видовой состав в любой точке в пределах приливно-отливной зоны частично определяется устойчивостью отдельных видов к таким физическим условиям, как приливное затопление и солёность воды. Укоренившись, корни растений-мангров создают среду обитания для устриц и способствуют замедлению течения воды, тем самым увеличивая отложение осадков в зонах, где оно уже происходит. Как правило, мелкодисперсные, бедные кислородом отложения под манграми играют роль накопителей для самых разных тяжёлых металлов, которые улавливаются из морской воды коллоидными частицами в отложениях. В тех районах мира, где мангры были уничтожены при освоении территории, нарушение целостности этих осадочных пород порождает проблему загрязнения тяжёлыми металлами морской воды и местной флоры и фауны.
Мангры представляют значительную ценность в береговой зоне, выступая в роли буфера против эрозии, натиска штормов и цунами. Также мангры образуют среду обитания диких животных, включая ряд промысловых видов рыб и ракообразных, при этом, как минимум, в некоторых случаях экспорт накопленного манграми углерода имеет важное значение в прибрежной пищевой сети. Во Вьетнаме, Таиланде, Филлипинах и в Индии мангровые заросли выращивают в прибрежных районах из-за тех благ, которые они дают береговому рыболовству и другим областям их применения. Несмотря на осуществляемые программы разведения мангров, уже утрачено более половины мангровых зарослей мира.
Мангры обитают исключительно в субтропиках и тропиках, где есть приливы и отливы, а значит — почва или осадочные отложения, перенасыщенные водой и солевым раствором или водой переменной солёности. К районам распространения мангров относятся поймы рек и участки морских побережий. В среде обитания мангров насчитывается множество самых разных видов растений. Наиболее типичными являются роды Rhizophora, Bruguiera, Avicennia, Sonneratia. Мангровые формации, образуемые пальмой Nypa fruticans, распространены в восточных тропиках. Сообщества с преобладанием Manicaria succifera в северо-восточной части Южной Америки, отдельных видов рода Pandanus — на западном побережье Африки, в Азии и Океании. Наиболее сложными, высокими и многовидовыми считаются мангровые леса восточной формации (берега полуострова Малакка и др.). Эволюция привела к тому, что многие виды этих растений нашли эффективные пути решения проблем изменения солёности воды, уровня прилива (затопление), бедных кислородом почв и сильного солнечного света — следствия нахождения в тропиках. Поскольку почва бедна питательными веществами, мангры приспособились к ней, изменив свои корни. Красные мангры, которые обитают в самых затопляемых зонах, приподнимают себя над уровнем воды с помощью ходульных корней, а затем могут усваивать воздух через поры в коре. Чёрные мангры произрастают повыше и выпускают множество дыхательных корней — пневматофор (специальные корнеподобные образования, которые торчат вверх из почвы подобно соломинкам для дыхания). Эти дыхательные корни достигают высоты до 30 см, хотя у некоторых видов они бывают длиной более 3 метров. Для облегчения переноса кислорода внутри растения корни также содержат рыхлую пористую ткань.
Красные мангры препятствуют попаданию соли благодаря довольно непроницаемым корнями, которые сильноопробкованы, действуя как фильтр, не пропускающий соли натрия в растение. 90 %, а в некоторых случаях повышенного содержания соли — до 97 %, соли исключается корнями. Любая соль, накапливающаяся в побегах, аккумулируется в старых листьях, которые затем сбрасываются, а также в клеточных пузырьках, где она не может причинить никакого вреда. Белые (или серые) мангры могут выводить соль непосредственно благодаря наличию двух солевых желез у основания каждого листа (отсюда происходит их название — их покрывают белые кристаллики соли).
Такая корневая система позволяет манграм получать газообразные вещества непосредственно из атмосферы, а различные другие питательные вещества, типа железа — из почвы. Довольно часто они запасают газообразные вещества непосредственно в корнях, чтобы их можно было перерабатывать, даже когда корни находятся под водой во время прилива.
Кроме этого, по причине нехватки пресной воды в засоленных почвах мангры выработали способы ограничения потери влаги через листья. Они могут ограничивать открытие устьиц (небольших пор на поверхности листьев, через которые совершается обмен двуокисью углерода и водяным паром во время фотосинтеза), а также способны изменять ориентацию своих листьев. Поворачивая листья таким образом, чтобы избежать жестких лучей полуденного солнца, мангры уменьшают испарение с поверхности листа.
Мангры поддерживают уникальные экосистемы на своих сложных корневых системах. В местах постоянного погружения корней мангры служат прибежищем огромному множеству организмов, включая водоросли, устрицы, губки и мшанки, которым нужен твердый субстрат, к которому они прикрепляются при фильтрации пищи. Мангры — прекрасный буфер между бурным океаном и уязвимым берегом, особенно во время ураганов, которые приносят мощные штормы к берегам. Мощная корневая система мангров довольно эффективна при погашении энергии волн. Та же корневая система также препятствует размыванию берегов. По мере прохождения приливных вод через корневую систему они замедляются настолько значительно, что происходит осаждение осадочных отложений при поднимающемся приливе, а возвратное течение замедляется при отливе, препятствуя новому взвешиванию более мелких частиц. Вследствие этого мангры способны сами формировать свою среду.
На территории США мангры распространены на континентальной части побережья полуострова Флорида и мыса Канаверал на востоке вокруг небольших островков и до залива Тампа на западе. Значительны мангровые заросли рек Банана (Banana) и Индиэн (Indian) округа Бревард (Brevard County), а также в пределах Центра космических исследований им. Кеннеди.
Вокруг входа в порт Эверглейдс (Port Everglades) и в Форт-Лодердейл (Fort Lauderdale) находятся несколько скоплений зарослей ранее гораздо более плотного мангрового леса. Залив Бискейн (Biscayne Bay) в округе Майами Дейд (Miami Dade County) ранее был плотно обрамлён манграми. От большинства из них остались только отдельные заросли, однако на реке Олета (Oleta River), эстуарии на севере округа Майами Дейд, уцелел довольно большой участок мангровых зарослей, которые в настоящее время является зоной отдыха штата. Обширные обрамляющие заросли мангров сохранились в южной части залива Бискейн и Кард-Саунд (Card Sound), а также с подветренной стороны большинства островов Флорида-Кис.
Южную оконечность полуострова Флорида обрамляют крупнейшие сохранившиеся мангровые заросли в континентальной части территории США. Они охватывают всю южную часть Национального парка Эверглейдс. Этот биотоп простирается от Кард-Саунд на западе через южную часть округа Майами Дейд до округов Монро (Monroe) и Коллиер (Collier), включая район Кейп-Сейбл (Cape Sable) и район тысячи островов на западе. В это сообщество также входит ряд почти исключительно населённых манграми островков, рассыпанных по заливу Флорида (Florida Bay).
Сообщество мангров малых островов и Эверглейдс играет важную роль места воспроизводства имеющих промысловое значение островных креветок. Другие важные виды, которые питаются или проводят часть своего жизненного цикла в этой среде обитания: тарпон, снук (робало), острозубая (жёлтая) акула, усатая акула-нянька, луциан, лангуст, форель и элопс. Это также исключительная среда обитания американского крокодила.
На западном побережье Флориды есть несколько разрозненных зарослей мангров в эстуариях реки Калусахачи (Calusahatchee) и Шарлотт-Харбор (Charlotte Harbor). Также как и на восточном побережье, раньше они были гораздо более обширны, но стали жертвой развития. Значительные скопления мангров также имеются в заливе Сарасота (Sarasota Bay), заливе Лемон (Lemon Bay), заливе Анны-Марии (Anna Maria Bay) и в эстуарии реки Манати (Manatee River). Мангры залива Тампа тоже были низведены до небольших изолированных зарослей.
Так что не надо отчаиваться и падать духом! Как видите, в США такие деревья произрастают и Вам нужно предложить в качестве выхода из этой ситуации с наводнениями и затоплениями соленой водой высаживать такие деревья в прибрежной полосе. Кроме этого, такие уникальные экосистемы нуждаются к сохранении. На счет выжили деревья или нет – возможно, да, поскольку вода быстро отошла. Деревья, конечное, испытали осмотический шок от высоких концентраций солей в морской воде, но думаю, они выживут (надеюсь на это).
С уважением и пожеланием удачи,
К.х.н. О.В. Мосин