Во́дные расте́ния — растения, для которых водная среда или водопокрытый грунт служат оптимальными местообитаниями.
Большинство водных растения являются многолетними, но встречаются и однолетние виды. Наибольшее разнообразие таких растений наблюдается в пресноводных водоёмах, однако отдельные виды приспособились к жизни в солёной или солоноватой воде. Обычно они обитают на глубинах до 3 метров, поскольку для фотосинтеза им требуется достаточное количество солнечного света, который на больших глубинах уже не проникает в нужном количестве. У водных растений слабо развиты или даже отсутствуют сосуды в проводящих пучках.
Почти все водные растения размножаются вегетативно. Некоторые водные растения (наяды, роголистники, буцефаландры) цветут и опыляются водой (гидрофильны), но у большинство видов, даже у растущих под водой, цветки поднимаются из воды, и цветение с опылением происходит в воздушной среде. Семена и плоды распространяются птицами либо водными течениями.
Некоторые водные растения приспособились к периодическому высыханию водоёмов (например, Частуха, Стрелолист, Жеруха). Наряду с околоводными (земноводными) и частично погружёнными в воду сухопутными (наземными) растениями, водные растения формируют флору водоёмов.
Водные растения играют ключевую роль в функционировании водных экосистем: выделяют кислород, участвуют в круговороте питательных веществ, служат местом обитания, укрытием и источником пищи для множества видов животных, а также способствуют укреплению берегов и стабилизации донных отложений.
Во флоре России и сопредельных стран насчитывалось около 260 видов цветковых водных растений, преимущественно однодольных.
Среди водных растений есть немало видов, полезных для человека: некоторые используются в пищу или как кормовые культуры, другие служат сырьём для промышленных нужд, третьи ценятся как декоративные растения в аквариумистике и для украшение прудов и садовых водоёмов.
Изучением водных растений, а также процессов зарастания и изменения водоёмов, занимается наука гидроботаника.
Объём понятия
Иногда объём понятия водные растения сужают до более узких групп:
водные макрофиты — это крупные, различимые невооружённым глазом растения, включающие как высшие растения, так и многоклеточные водоросли (в отличие от фитопланктона или микроводорослей, также являющихся фотосинтезирующими организмами, но не относящихся к макрофитам), причём сами водоросли в современной классификации распределены по различным царствам прокариот и эукариот, тогда как ранее их относили к растениям; высшие водные растения — включают водные моховидные и все водные сосудистые растения; сосудистые водные растения — включают высшие водные растения, за исключением мхов и печёночников, то есть спорообразующие сосудистые растения — , и и представители отдела .
Так как в морской воде превалируют водоросли, отдельно выделяют особую группу — морские травы — группа цветковых растений, которая приспособилась к жизни в морской воде.
Некоторые древесные растения способны длительное время находиться в затопленном состоянии, например , или растения мангровых зарослей растут из солоноватой воды, но обычно их не относят к понятию водных растений.
Существуют и виды, которые не являются водными растениями, но создают собственные водоёмы: так, некоторые эпифитные бромелии накапливают воду в розетках листьев, образуя миниатюрные водоёмы с уникальной экосистемой.
Классификация
По мере развития гидроботаники, учёные использовали различные термины, и вкладывали в них различные понятия, что иногда приводит к путанице и неразберихе. Существуют различные классификации растений водоёмов и водотоков, основанные на различных подходах: аутэкологическом, типологическом, физиономическом и эколого-морфологическом.
Исторические классификации Ещё более чем за три столетия до нашей эры древнегреческий философ Теофраст в своём труде Historia plantarum классифицировал растения по внешнему облику. Среди прочего он выделял прибрежные, водные и амфибийные/болотные.
В XX веке советский биолог И. Г. Серебряков предложил морфологическую классификацию жизненных форм растений, положив в её основу продолжительность жизни всего организма и его скелетных осей. В рамках этой системы он выделял группу «водные травы», подразделяя их на «земноводные травы» и «плавающие и подводные травы».
В отечественной литературе широко известна и классификация Поплавской Г. И. (1948), основанная на морфолого-экологическом подходе. Согласно ей, водные растения делятся на две основные группы: гидрофиты — погружены в воду лишь нижней частью и при вынимании из воды сохраняют жёсткось, и гидатофиты — полностью или большей частью погружены в воду и при извлечении из воды теряют форму. Гидатофиты, в свою очередь, подразделяются на настоящие, погружённые и плавающие формы. Именно в таком объёме понятия «гидрофиты» и «гидратофиты» приводятся в Большой Советской энциклопедии (1971), в энциклопедии «Жизнь растений» (1974), или Большой Российской Энциклопедии.
Следует учитывать, что другие гидроботаники, например Шенников А. П., Белавская А. П., Катанская В. М., Распопов И. М., Паченков В. Г. — использовали термин «гидрофиты» в ином, омонимичном значении, относя его только к погружённым в воду растениям. При этом воздушно-водные виды они называли «гелофитами». Из-за этого в литературе возможна терминологическая путаница, и при использовании этих терминов важно уточнять, какая именно классификация подразумевается.
Типологическая классификация Папченкова Согласно современной классификации, предложенной В. Г. Папченковым в 2001 году на основе типологического подхода, растения водоёмов подразделяются на три экотипа:
Настоящие водные растения — гидрофиты — их полноценный жизненный цикл возможен только в воде, а на суше они если и могут находиться, то не очень продолжительное время. Они могут быть прикреплены к грунту или нет, иметь надводные части или нет. Прибрежно-водные растения — гелофиты — это земноводные растения, прибрежные растения, которые могут жить как в воде, так и во влажном грунте на суше. Их базальные органы (корни и корневища) обычно находятся в грунте под водой, а вегетативные части выступают над водой. Выделяют низкотравные и высокотравыне гелофиты. Растения, обитающие у разреза воды, то есть на отмелях не глубже 20–40 см, называются гигрогелофиты. Заходящие в воду береговые (околоводные растения) — гигрофиты — это сухопутные растения, которые могут длительное время находиться в затопленном состоянии, но их полноценный жизненный цикл реализуется на суше. В строгом смысле, они не являются водными растениями, а являются влаголюбивыми видами, которые могут оказаться в воде. Иногда чётко разграничить экотипы бывает сложно. Земноводные растения нередко имеют две выраженные формы — водную и сухопутную, которые заметно различаются по строению и физиологии побегов. При этом в случае резкого изменении среды на противоположную, растение может не успеть адаптироваться и погибнуть.
Настоящие водные растения
Настоящие водные растения или гидрофиты — истинные водные растения, которые для нормального прохождения своего жизненного цикла требуют постоянного контакта вегетативного тела с водной средой.
Согласно классификации Паченкова, приведённой выше, экотип гидрофитов подразделяется на 5 экогрупп:
Макроводоросли и водные мхи. Гидрофиты, свободно плавающие в толще воды. Погружённые укореняющиеся гидрофиты. Укореняющиеся гидрофиты с плавающими на воде листьями. Гидрофиты свободно плавающие на поверхности воды.
Макроводоросли и водные мхи Макроводоросли и водные мхи, в отличие от сосудистых растений, полностью лишены проводящих тканей. Питательные вещества они получают не через корни, а всей поверхностью вегетативного тела, за счёт осмоса из окружающей воды, поэтому система внутреннего транспорта им не нужна. У водорослей вообще нет дифференциации на ткани, их тело состоит из однородного слоевища, а у мхов слабая дифференциация тканей. Эти организмы свободно плавают в толще воды или прикрепляются к твёрдому субстрату, а водные течения и диффузия снабжает их питательными веществами. Механические ткани у них отсутствуют или развиты крайне слабо: в водной среде высокая плотность компенсирует силу тяжести, и потребность в прочном опорном каркасе отпадает. На суше же сухопутные растения вынуждены формировать жёсткие стебли и стволы, чтобы удерживать листья на максимальной высоте и получать больше солнечного света для фотосинтеза. Отсутствие развитых опорных тканей делает макроводоросли и водные мхи гибкими, что помогает им переносить воздействие течений и волн, не повреждаясь.
Гидрофиты, свободно плавающие в толще воды
Свободно плавающие в толще воды гидрофиты не закрепляются корнями в донном грунте, а свободно дрейфуют в толще воды, и могут перемещаться под действием течений. Корневая система, если вообще развивается, представлена слаборазвитыми, тонкими и нежными нитями. Они могут служить для механического закрепления за предметы или субстрат, но в процессах питания носят второстепенный характер. Основное поглощение минеральных веществ и газов у таких видов происходит через всю поверхность листьев и стеблей. Но при этом у некоторых плавающих видов при укоренении наблюдается усиление вегетации, увеличение листовых пластинок и густоты, так как растение получает дополнительное питание через корни, такое наблюдается, например, у представителей рода .
Жизнь в водной среде обусловила формирование особых адаптаций. Одной из ключевых черт является значительное увеличение площади поверхности тела относительно его массы, что облегчает поглощение растворённых в воде газов и питательных веществ. Это особенно важно, поскольку концентрация кислорода и углекислого газа в воде значительно ниже, чем в воздухе. Увеличение площади поверхности растения достигается развитием больших тонких листьев (рдесты), расчленением листовой пластинки на тонкие нитевидные участки (уруть, роголистники).
Вода как среда обитания обладает высокой плотностью, это снижает необходимость в прочных механических тканях. Поэтому механические элементы в листьях и стеблях развиты слабо, а немногочисленные жёсткие волокна в стебле расположены ближе к его центру, придавая всей конструкции гибкость и устойчивость к колебаниям. В результате многие плавающие растения имеют сходный габитус: длинные шнуровидные побеги с многочисленными тонкими ответвлениями, создающими мягкий, «перистый» силуэт.
Из-за быстрого ослабления силы света с глубиной, особенно в мутной или заиленной воде, у многих представителей этой группы в клетках эпидермиса имеются хлорофилловые зёрна, что позволяет эффективно использовать даже слабое освещение. У некоторых видов листья или стебли содержат воздушные полости (аэренхиму), облегчающие растение и способствующие его удержанию на определённой глубине.
Для погружённых в воду растений характерна гидрофилия (от др.-греч. ὕδωρ «вода») — опыление с помощью воды, хотя некоторые виды цветут над водой, например , которая также имеют надводную форму листьев.
Как органы сохранения в зимний период, некоторые свободно плавающие растения используют турионы — специализированные почки. Заросли многих из плавающих в толще воды растений служат местом икрометания рыб. Густые заросли плавающих растений могут затруднять судоходство.
Погружённые укореняющиеся гидрофиты У этой группы водных растений корневая система развита гораздо сильнее, чем у свободноплавающих. Минеральные вещества они в основном получают из грунта через корни, а углекислый газ усваивают из воды.
По особенностям строения и роста укореняющиеся гидрофиты можно условно разделить на кустовые и длинностебельные.
Кустовые гидрофиты образуют прикорневую розетку, новые листья появляются из единой точки роста на корневище. Размножаются они преимущественно вегетативно как ползучие растения, отводками и столонами. Многие из таких видов, популярных в аквариумистике, представляют собой подводную форму гелофитов (болотных растений).