Мох растет в высокогорных районах с высоким содержанием кислорода и умеренным климатом
Обновлено: 05.10.2024
Кислород в его актуальном виде сформировался в атмосфере не менее чем 2,5 млрд лет назад. Однако только приблизительно 400 млн. лет назад его концентрация достигла уровня, нужного для развития сложных организмов.
Командой ученых из Соединенного Королевства с помощью возможностей компьютерного моделирования было установлено, что кислород на Земле появился благодаря мхам.
По мнению ученых, они были одними из первых наземных растений, колонизировавших нашу планету.
Профессионалы отмечают, что самые ранние растения на Земле были на удивление продуктивными и вызвали ощутимое повышение содержания кислорода в атмосфере планеты.
Сфагновые мхи растут на верховых болотах, которые наиболее распространены в северном полушарии нашей планеты. Например, в центральной части Западно-Сибирской равнины, где осадков выпадает в среднем более 500 мм в год, формируется зона с избыточным увлажнением. Незначительная степень испарения и затрудненный сток создают крайне благоприятные условия для развития болотообразовательных процессов [3]. Формирующееся болото представляет собой природное образование, занимающее часть земной поверхности и представляющее собой отложения торфа, насыщенные водой и покрытые специфической растительностью [5]. Торф образующаяся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенного увлажнения при недостатке кислорода [6].
Болота и заболоченные почвы образуются за счет заболачивания суши или зарастания водоемов. Верховые болота развиваются на более приподнятых элементах рельефа (на водоразделах, террасах рек). Здесь заболачивание суши происходит вследствие почвообразовательных процессов, застаивания поверхностных вод, их высокого стояния или выклинивания [4]. При начавшемся процессе болотообразования растительные ассоциации, менее приспособленные к условиям недостатка минерального питания и избытку влаги, сменяются более приспособленными, например, сфагновыми мхами. Накопление органического вещества отмерших растений в полуразложившемся и неразложившемся виде увеличивает влагоемкость, замедляет поверхностный сток, уменьшает водопроницаемость, что способствует застаиванию воды, ухудшению аэрации, развитию последующего заболачивания. Далее развитие болота происходит по схеме: травяное болото — зеленомоховое болото — сфагновое болото [4].
К мхам относятся низкие (высотой до 10–20 см) растения, состоящие из одного или нескольких стебельков со спирально расположенными на них листьями. Корней мхи не имеют: у некоторых из них корни заменяются волосковидными многоклеточными образованиями, так называемыми ризоидами. На болотах встречаются мхи двух порядков: зеленые (бурые) и сфагновые (белые торфяные) мхи. В порядок зеленых мхов входит несколько семейств, название одного из них часто относят ко всему семейству зеленых мхов, называя их гипновыми мхами. Все сфагновые мхи принадлежат к одному семейству, объединяющему один только род Sphagnum (Рис. 1).
Рис. 1. Общий вид мха Sphagnum
Моховые подушки (кочки) на болотах состоят из сфагнового мха, который постоянно нарастает вверх, а в нижних частях отмирает, накапливая слой торфа. В отличие от многих других мхов, у сфагнума нет корней, поэтому растет он очень плотно и одно растение поддерживает другое. Отмершая часть мха не перегнивает, во-первых, из-за недостатка кислорода, а во-вторых, сам мох выделяет вещества, препятствующие гниению и обладающие бактерицидными свойствами.
Рис. 2. Структура сфагнового мха под микроскопом
На территории России наибольшей заболоченностью отличается Томская область, где расположен самый большой в мире болотный массив — Большое Васюганское болото. Сфагновые мхи верхового болота в окрестностях городов Томска и Северска в Томской области накапливают в себе бόльшие, по сравнению с болотами фоновых районов (где отсутствуют источники загрязнения), концентрации редкоземельных и радиоактивных элементов (Ba, Sr, Rb, Co, лантаноиды, U, Th). А источниками повышенных концентраций этих химических элементов являются в основном крупные предприятия, такие как Сибирский Химический Комбинат и тепловые электростанции, использующие для сжигания уголь.
Верховое болото, ежегодно накапливающее в себе выпавшие из атмосферы загрязняющие вещества, хорошо отражает временные интервалы загрязнения окружающей среды химическими элементами, что хорошо заметно, при сравнении его с фоновыми не загрязненными районами [13]. К тому же, ученые из Томского политехнического университета с кафедры геоэкологии и геохимии, долгое время изучающие химический состав компонентов природной среды (почвы, снег, донные отложения озер, лишайники) в Томской области, также отмечают загрязнение окружающей среды г. Томска и его окрестностей схожим спектром химических элементов [9].
Особенно много верховых болот в районах добычи углеводородного сырья в Томской области. Так как при добыче нефти и газа окружающая среда загрязняется в основном углеводородами, то содержания большинства химических элементов во мхах здесь ниже, чем в окрестностях г. Томска (Рис. 3). Но такие химические элементы, как натрий, бром и сурьма в болоте, расположенном в районе влияния нефтедобывающего комплекса Томской области, наоборот выше, что в целом характерно для нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего производств [10,12].
Рис. 3. Содержание химических элементов в сфагновых мхах болот, расположенных вблизи г. Томска (1) и в районе добычи нефти Томской области (2)
Рис. 4. Листоватые и кустистые формы лишайников (фото Ю. Носкова)
Лишайники являются медленнорастущими организмами. Замедленный рост лишайников, особенно накипных форм, обуславливает продолжительность их жизни. К примеру, возраст отдельных слоевищ лишайника Risocarpongeographicum достигает 4000 лет, а в среднем возраст большинства кустистых и листоватых форм не превышает 50–100 лет [7]. Благодаря высокой продолжительности жизни и постоянного прироста, учёные успешно применяют лишайники для определения возраста субстратов, на которых они произрастают. Этот метод, называемый лихенометрией, используют для установления возраста ледниковых морен, археологических находок.
Распространение и обилие лишайниковой флоры с середины 19 в. используются для индикации загрязнения атмосферного воздуха (лихеноиндикация). В настоящее время установлено, что индекс, основанный на количестве видов лишайников и их встречаемости, на площадке-сетке, весьма надёжен и для многих городов были созданы детальные карты качества воздуха [1]. Для наблюдения за состоянием воздуха предпочтительней использовать эпифитные лишайники, т. е. произрастающие на стволах и ветвях деревьев, поскольку они являются наиболее чувствительными к изменению содержания в воздухе химических веществ.
В Томской области выбор эпифитных лишайников для исследований состояния атмосферного воздуха был продиктован тем обстоятельством, что 91 % территории региона занимает площадь лесного фонда [11], что, соответственно, характеризуется широким распространением лихенофлоры.
По результатам исследования химического состава лишайников, произрастающих в окрестностях городов Томска и Северска, было выявлено, что эпифиты накапливают в себе бόльшие, по сравнению с таковыми из фоновых территорий и районов добычи нефти и газа Томской области, концентрации кальция, стронция, сурьмы, редкоземельных и радиоактивных элементов. Происходит это за счёт влияния выбросов от источников загрязнения воздуха Сибирского Химического комбината, нефтехимического производства, тепловых электростанций, работающих на угле.
В районах нефтедобывающего комплекса, в процессе основных и подготовительных работ при нефтедобыче происходит загрязнение приземного слоя атмосферы углеводородами, оксидами азота и углерода, сажей, бензапиреном, тяжёлыми металлами. Небольшой перечень загрязнителей регулярно контролируется измерительными приборами, однако значительно более широкий спектр загрязняющих веществ, возможно определить, анализируя слоевища лишайников. Так, удалось установить, что по сравнению с лишайниками окрестностей Томска, лишайники из районов нефтедобычи накапливают повышенные концентрации хрома, цинка, мышьяка, брома, рубидия, бария и золота, что согласуется с данными, полученными при исследованиях иных компонентов биосферы данного региона [10, 12] (Рис. 5).
Рис. 5. Содержание химических элементов в эпифитных лишайниках (мг/кг), произрастающих в районе добычи нефти Томской области (1) и вблизи г. Томска (2)
Трудно умалить роль обоих рассмотренных групп: мхов и лишайников, в оценке качества атмосферного воздуха. При исследовании загрязнения воздуха одинаково хорошо использовать и те и другие. Уровни накопления химических элементов в лишайниках и мхах находятся примерно в одном диапазоне. Однако, по содержаниям загрязняющих веществ лишайники отличаются от мхов повышенным концентрированием скандия, брома, церия, самария, европия, тербия, лантана, иттербия, лютеция, тория и урана не более, чем в 2,3 раза. Мхи же лучше концентрируют рубидий, серебро, золото, барий и цезий (Рис. 6).
Считается, что в настоящее время на Земле еженедельно исчезает один вид растений. Можем ли мы, люди, изменить ситуацию, остановить гибель растений, которые являются частью экосистемы и играют свою роль не только в пределах экосистемы, но и служат контролерами воздуха, которым мы дышим?
Рис. 6. Содержание химических элементов во мхах и лишайниках, мг/кг
1. Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. Пер. с англ. — И. Н. Михайловой (Институт экологии растений и животных, г. Екатеринбург). — М.: ГЕОС, 2005. — 457 с.
2. Березина Н. А. Прогулки на верховое болото // Вестник ТГПУ. — 2008. — Вып. 4 (78). — С. 87–89.
3. Болота Западной Сибири, их роль в биосфере / Под ред. А. А. Земцова. — 2-е изд. — Томск: ТГУ, СибНИИТ, 2000. — 72 с.
4. Владыченский С. А. Сельскохозяйственная мелиорация почв. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. — 416 с.
5. ГОСТ 19179–73. Гидрология суши. Термины и определения.
6. ГОСТ 21123–85. Торф. Термины и определения.
7. Жизнь растений (Водоросли. Лишайники) / Под ред. М. М. Голлербаха. — М.: Просвещение, 1977. -Т. 3.- 545 с.
8. Инсарова И. Д., Инсаров Г. Э. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л.: Гидрометеоиздат. — 1989-. Т. 12. C. 113–175.
9. Рихванов Л. П., Язиков Е. Г., Сухих Ю. И., Барановская Н. В., Волков В. Т., Волкова Н. Н., Архангельский В. В., Архангельская Т. А., Денисова О. А., Шатилов А. Ю., Янкович Е. П. Эколого-геохимические особенности природных сред Томского района и заболеваемость населения. — Томск, 2006. — 216 с.
10. Шатилов А. Ю. Вещественный состав и геохимическая характеристика атмосферных выпадений на территории Обского бассейна: диссер. … канд. геол.-мин. наук. — Томск, 2001. — 205 с.
11. Экологический мониторинг: Доклад о состоянии окружающей среды Томской области в 2011 году / гл. ред. А. М. Адам, редкол.: В. А. Коняшкин, А. В. Дмитриев, Ю. В. Лунева. — Томск: Графика DTP, 2012. — 166 с.
12. Язиков Е. Г. Экогеохимия урбанизированных территорий юга Западной Сибири: автореферат диссер. … доктора геол.-мин. наук. — Томск, 2006. — 45 с.
13. Mezhibor A., Arbuzov S., Rikhvanov L., Gauthier-Lafaye F. History of the Pollution in Tomsk Region (Siberia, Russia) According to the Study of High-Moor Peat Formations // International Journal of Geosciences. — 2011. — V. 2. — № 4. — Р. 493–501.
[1] Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12–05–31522.
Основные термины (генерируются автоматически): лишайник, мох, Томская область, верховое болото, атмосферный воздух, элемент, болото, томск, район добычи нефти, сфагновый мох.
Похожие статьи
Определение Cd и Ni в атмосферном воздухе города Баку.
Метод мхов-биомониторов основан на сравнительном анализе концентраций химических элементов во мхах
Мох Sphagnum был собран в экологически чистом болоте Центральной России и экспонирован в мешочках на территории Наримановского и Сабаиловского района.
Растительные вещества в природе: биоразложение и ресинтез
Верховые болота и переходные к ним растительные ассоциации занимают в северной части России огромные пространства.
Остаются только специфические грибы, связанные со сфагновыми мхами (виды Gnlera, Psilocybe).
Экология Арктики: растения и их фунгицидная активность
Сфагнум – род мхов, обычных обитателей верховых и переходных болот.
Для дрожжей характерен и аэробный (дыхательный) метаболизм, поэтому при доступе воздуха углеводы не сбраживаются до спирта, а окисляются.
Проблемы классификации торфяников и сапропелей
В своей диссертации "Закономерности распределения химических элементов в
Для верховых торфяников это будут разные типы сфагновых, для переходных
расположенных внутри болотных массивов, например "Ореховый мох" в Пуховичском районе, я обратил.
Обзор методов биоиндикации и биотестирования для оценки.
лишайники. выживаемость. атмосферный воздух.
Изобретение относится к области физики и биологии, может быть использовано для экологического мониторинга водоемов.
10. Таловская А. В. Оценка эколого — геохимического состояния районов г. Томска по данным.
Система управления в сфере природопользования и охраны.
Именно в Томской области расположено крупнейшее в мире торфяное болото — Васюганское.
Основные термины (генерируются автоматически): Томская область, окружающая среда, атмосферный воздух, ресурс, запас, выброс, сфера природопользования.
Формирование познавательных универсальных учебных действий.
‒ Использование болот для добычи торфа приводит к уничтожению растительности
‒ Самым опасным местом на болоте является трясина, или топь, — это такой участок болота, где под торфом находится вода, прикрытая мхом и травой.
Например, в районе Пустынских озер.
Способы очистки морских акваторий от нефтяных загрязнений
мука [38], торф [39, 40], торфяной сфагновый мох [41], смесь торфа, бентонита, альгината и хитозана [42]
Способы очистки от нефтешлама и снижения выбросов в атмосферный воздух от объектов резервуарных парков нефтеперерабатывающих предприятий.
До недавних пор считалось, что основным источником биогенных летучих органических соединений (БЛОС) являются листья деревьев. Эти вещества влияют на образование облаков и осадков, самоочищающую способность атмосферы, в целом не климат Земли.
Учёным удалось выяснить, что не меньшую роль в этих процессах играют мхи и лишайники.
В экспериментах, проводимых с 2016 по 2018 годы учёные фиксировали выделение БЛОС из десяти образцов мхов и десяти образцов лишайников, которые были помещены в специальные сосуды. Через них, а также один контрольный, который оставался пустым, исследователи пропускали воздух их джунглей и фиксировали его состав на выходе. Удалось установить, что и мхи, и лишайники выделяют большое количество веществ, которые связываются с озоном и образуют кислородсодержащие соединения.
Эксперимент, проведённый в джунглях также позволил установить, что эти растения способны поглощать окисленные соединения из воздуха, причём с такой скоростью, с какой это происходит в химических реакциях со свободными радикалами. Следовательно, они также меняют химический состав лесного воздуха в более благоприятную сторону.
Мохообразные растения по количеству видов стоят на первом месте среди нецветковых. Во всем мире их насчитывается 22-27 тыс. видов. На земле мхи встречаются повсеместно. Особенно хорошо они растут в местах, где много влаги. Так, в болотистых местностях они полностью покрывают поверхность земли. Мхи можно увидеть на деревянных строениях, стволах деревьев, поверхности камней и на скалах, и даже в пустынях. Они растут даже на сломанных ветках деревьев, на дне пресных водоемов. В некоторых районах Арктики и Антарктики из высших растений растут только мхи. Раздел ботаники, изучающий моховидные, называется бриологией.
Моховидные — невысокие многолетние, в редких случаях — однолетние травянистые растения. Высота мхов колеблется от 1 мм до нескольких сантиметров, реже — до 60 см (часто погруженные или полупогруженные в воду). У некоторых мхов вегетативные органы не развиты, и тело представлено зеленой пластинкой со спорангием (печёночные мхи) (рис.1, 2-4). Те из мхов, тело которых подразделяется на стебли и листья (филлоиды), называют листостебельные (рис.4, 1). В отличие от водорослей мхи преимущественно сухопутные растения, но предпочитают селиться во влажных местах. Настоящих корней у них нет. Функцию корней выполняют ризоиды (нитевидные выросты). С их помощью мхи поглощают воду и растворенные в ней минеральные вещества, а также прикрепляются к почве.
Рис.1 Многообразие мхов
Стебель у мхов снаружи покрыт оболочкой, состоящей из прозрачных клеток, которые не имеют хлорофилла. Под оболочкой расположена фотосинтезирующая ткань, состоящая из клеток с хлоропластами. У мхов не сформированы сосуды древесины. Поэтому транспортировка воды и минеральных веществ по стеблям осуществляется с участием примитивных, плохо развитых проводящих тканей.
Наиболее широко распространены такие представители моховидных, как зеленый мох (кукушкин лен) и торфяной мох (сфагнум).
Зеленый мох известен также как кукушкин лен. Он относится к группе листостебельных мхов, потому что имеет стебли и листья. Покрывая почву сплошным ковром, кукушкин лен образует травяной пласт, который вытесняет другие зеленые мхи. Он впитывает из атмосферы много влаги, и это вызывает заболачивание почв. Зеленый мох — двудомное растение.
Высота зеленого мха 40 см. Стебель не разветвляется, содержит опорную ткань. Внутри стебля расположены проводящие пучки. К почве прикрепляется с помощью ризоидов.
Питаются зеленые мхи, как и все другие зеленые растения. С помощью ризоидов они поглощают из почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества. Листья поглощают углекислый газ воздуха. В результате фотосинтеза образуются органические вещества.
Зеленый мох размножается бесполым и половым путями (рис. 2). Половое и бесполое поколения существуют совместно на одном растении.
Рис.2 Размножение зеленого мха
При половом размножении образуются мужские и женские гаметофиты. На верхушке мужского растения в антеридиях созревают мужские половые клетки. На верхушке женского растения в архегониях развиваются яйцеклетки. В результате их слияния происходит оплодотворение и образуется зигота. Из зиготы на женском растении (спорофит) развивается коробочка на ножке. В коробочке образуются споры, служащие для бесполого размножения. Созревшие споры высыпаются из коробочки наружу. При благоприятных условиях они прорастают, напоминая сначала разветвленные зеленые водоросли. Из одних проростков развиваются женские растения, из других — мужские.
Торфяной мох, или сфагнум, (рис. 3) — это многолетнее растение с сильно ветвящимся стеблем. В отличие от зеленых и других мхов у торфяных мхов нет не только корней, но и ризоидов. Воду и растворенные в ней минеральные соли поглощают стебли. Светло-зеленые листья сфагнума имеют клетки 2 видов: 1) удлиненные зеленые хлорофиллоносные клетки; 2) водоносные клетки. В зеленых клетках происходит процесс фотосинтеза, и через них от листьев к стеблю проходят органические вещества. Прозрачные мертвые клетки немного крупнее, здесь накапливается запас влаги. У этих водоносных клеток сохранились только оболочки. И когда сфагнум засыхает, т. е. погибают почти все зеленые клетки, листья его кажутся почти белыми. Поскольку сфагнум растет сплошным ковром, он является причиной заболачивания.
Рис.3 Торфяной мох или сфагнум
Сфагновые мхи — однодомные или двудомные обоеполые растения. Размножаются они половым и бесполым путями. При половом размножении из оплодотворенной яйцеклетки развивается небольшая коробочка, которая содержит множество спор. Бесполое размножение начинается с образования спор. Созревшие споры высыпаются из коробочки наружу. Из них вырастают многоклеточные предростки с многочисленными почками. Именно поэтому мох растет подушками, из которых в будущем развиваются торфяные мхи.
Образование торфа. Торфяные мхи растут в увлажненных местах. Нарастают они верхушками, а снизу отмирают и превращаются в торф. Засохшая часть стеблей из-за нехватки кислорода частично разлагается и образует торфяной слой. Органические кислоты, выделяемые мхом, замедляют его разложение.
Высшие растения — это одно из двух подцарств царства растений. К ним относятся нецветковые и цветковые растения. К высшим нецветковым растениям относятся высшие споровые растения (моховидные, плауновидные, хвощевые и папоротниковидные) и голосеменные.
Моховидные растения имеют стебли и листья. Настоящих корней у них нет. Функцию корней выполняют ризоиды. Широко распространены зеленый мох (кукушкин лен) и торфяной мох (сфагнум).
В природе встречается свыше 300 видов торфяных, или сфагновых, мхов. Торфяные мхи растут на болотах, в тундре, во влажных лесах. У них нет ризоидов. Воду они поглощают с помощью стеблей и листьев. Белыми их называют потому, что большую часть листьев занимает вода, накопленная мертвыми клетками, и цвет листьев становится почти белым. Торфяной мох ежегодно нарастает верхушкой, снизу отмирает и превращается в торф.
Торфяные мхи — основные торфообразователи. Торф — ценное полезное ископаемое. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и т. д.
Мхи, как и другие растения, являются необходимым компонентом природы и нуждаются в охране. В Красную книгу Казахстана занесено три вида мхов: сфагнум гладкий, пахифиссинденс крупнолиственный, ортотрихум приглаженный. Одним из мероприятий, направленных на сохранение мхов, является препятствование осушению болот.
Значение мхов. В результате процесса фотосинтеза мхи образуют органические вещества и выделяют в воздух кислород. Растут они на неплодородных почвах и способствуют образованию перегноя (гумуса). Как и другие растения, мхи засыхают и разлагаются при участии микроорганизмов. В результате образуется плодородная торфяная почва, пригодная для произрастания других растений. Мхи являются пищей для многих птиц и используются ими как гнездовой материал.
На торфяных болотах добывают торф, который является горючим полезным ископаемым и широко используется для отопления. Кроме того, он активно используется в качестве строительного материала (для теплоизоляции), удобрения и сырья, а также в химической промышленности. Из торфа получают спирт, карболовую кислоту и т. д.
Мхи — хранилище пресной воды. В заболоченных местностях они принимают участие в сборе воды. Осушение болот зачастую сопровождается исчезновением обитавших на них растений и животных, обмелением некоторых рек, учащением засух.
Мхи — высшие споровые растения (22-27 тыс. видов), живущие на суше во влажных местах. Наука о мхах — бриология. У листостебельных мхов есть стебель, листья, спорангии, вместо корней — ризоиды; у нелистостебельных — только зеленая пластинка 1 со спорангием. У мхов пе развиты сосуды древесины. Мхи фотосинтезируют, выделяют кислород, образуют перегной и торф, заболачивают почву и являются хранилищем 1 пресной воды.
Читайте также: