Растения — индикаторы

Комнатные растения-индикаторы микроклиматических условий дома

Информация предыдущих разделов в полной мере относится и к комнатным растениям. Они также различаются по требованиям к кислотности и увлажнённости почвы, её минеральному и механическому составу, к условиям освещённости, температурному режиму, влажности воздуха. Большинство этих растений является жителями тропиков, и обитание в наших помещениях для них сопряжено с определёнными трудностями. Как индикаторы они чутко реагируют на несоответствие условий произрастания их биологическим требованиям и сигнализируют нам об этом.

Индийская азалия, или рододендрон индийский (Rhododendron indicum), требует кислой почвенной среды рН 4,5 и обильного увлажнения мягкой водой. Пустынные кактусы (Cereus sp., Exhinopsis sp., Mammilaria sp.) отличаются светолюбием и требуют пониженной температуры и сухости почвы в зимний период. Комнатные лимоны и мандарины (Citruslimon, Citrusunshiu) нуждаются в дренированной почве, регулярных поливах и подкормках, отсутствии сквозняков, пониженной зимней температуре. Сенполия, или узумбарская фиалка (Saintpaulia sp.), любит яркое освещение, однако прямые солнечные лучи обжигают её листья; она нуждается в высокой влажности воздуха, но не переносит полива холодной водой.

Мы не будем выделять группы комнатных растений, способных помочь в оценке условий произрастания, так как эти условия создаёт сам человек. Он, высаживая растение в цветочный горшок или кадку, должен заранее знать, какой грунт является оптимальным для данного растения и как следует ухаживать за ним в специфических комнатных условиях. Угнетённое состояние растения или его гибель свидетельствуют о том, что условия произрастания и уход оказались несоответствующими биологическим особенностям растения. Недостаток света или отсутствие защиты от прямых солнечных лучей, пересушивание или переувлажнение почвы, излишне сухой воздух в квартирах с искусственным отоплением, неблагоприятный температурный режим — всё это в отдельности или в комплексе вызывает негативное влияние на комнатные растения, по состоянию которых можно определить особенности их содержания. Комнатные растения, таким образом, могут выступать как индикаторами микроклиматических условий, так и индикаторами умелости хозяина, взявшегося за их культивирование. Они являются также индикаторами нашего самочувствия и настроения и всегда с благодарностью отзываются на заботу.

Множество тропических растений прижилось в наших квартирах, радуя оригинальностью листьев и богатством цветков на протяжении всего года. Большинству из них приходится выживать в условиях пониженной относительной влажности воздуха, что характерно) для наших квартир, оборудованных системами центрального отопления. Существует, правда, группа так называемых суккулентных растений, т.е. растений с сочными листьями или побегами, с хорошо развитой водозапасающей тканью. Они обитают в сухих местностях и переносят неблагоприятный засушливый период за счёт запасов влаги, накапливаемых в тканях. О пустынных кактусах мы уже упоминали. Кроме них в наших квартирах получили постоянную прописку разные виды агав (Agave sp.), алоэ, или столетника (Aloe sp.), каланхое (Kalanchoe sp.), молочая (Euphorbia sp.) и других растений, которые хорошо переносят сухость воздуха. Тем не менее большинство переселенцев пришло к нам из тропических мест с повышенной влажностью воздуха, и атмосфера наших жилищ их угнетает. Спасти положение помогает простой приём, заключающийся в регулярном опрыскивании из пульверизатора. Ежедневное распыление водяных брызг повышает влажность воздуха и улучшает состояние растений.

Между тем существуют растения, которые нуждаются в постоянно высокой влажности воздуха. Немногие из нас располагают оранжереями, где тропическим растениям можно создать условия, близкие к естественным. Однако выход есть — это мини-оранжереи. Ими может служить объёмистая бутыль с узким горлышком или аквариум, накрытый стеклом и используемый не для водных растений и рыб, а как контейнер для высадки надземных растений. В такой ёмкости можно разместить «мини-джунгли». Само собой разумеется, что расти в этих импровизированных «джунглях» смогут только типичные обитатели этих мест. Ими могут быть калатея (Calathea sp.), криптантус (Cryptantus sp.), кодиеум, или кротон (Codiaeum sp.), маранта (Maranta sp.), орхидеи (Cattleya sp., Odontoglossum sp.), пилея (Pilea sp.), селагинелла (Selaginella sp.), сенполия (Saintpaulia sp.), peo (Reo discolor), фиттония (Fittonia sp.). Подбор, высадка и уход за растениями доставят много хлопот, которые тем не менее сторицей окупятся при созерцании «райского уголка».

Аквариумные растения-индикаторы химического состава воды

От аквариума, применяемого для имитации джунглей, перейдём к аквариуму, используемому по прямому назначению. Не обязательно разводить в аквариуме рыб и других животных, но наличие в нём водных растений необходимо. Аквариум ценен для наших квартир и как увлажнитель воздуха, а кроме этого, по мнению психологов, наблюдение за жизнью водных обитателей успокаивает психику городского жителя лучше, чем просмотр развлекательных телепередач.

Обычно аквариум заполняют той водой, которая наиболее доступна,— из водопроводного крана, особо не задумываясь, насколько она соответствует предъявляемым требованиям и ограничиваясь отстаиванием для удаления последствий хлорирования. Между тем для жизни обитателей аквариума, как рыб, так и растений, важны многие характеристики воды, такие как рН, жёсткость, редокс-потенциал, наличие химических примесей. Нередко, купив в магазине новое растение, начинающий аквариумист вместо его роста и размножения в своём аквариуме наблюдает гибель, не понимая в чём дело.

О рН мы уже говорили ранее. Следует отметить, что при измерении рН воды с помощью индикаторной бумаги результаты зачастую оказываются неверными. Причём опасность ошибки тем больше, чем мягче вода. Полностью обессоленная вода забирает из воздуха углекислоту, и даже самое малое количество углекислого газа оказывает влияние на показатель рН любой воды. Так, в мягкой воде в период интенсивного фотосинтеза, вследствие потребления растениями растворённого в воде углекислого газа рН может возрастать до 10-11. Вследствие ночного насыщения воды углекислым газом (в аквариумах, не оснащённых приборами аэрации) показатель рН понижается, а днём — возрастает. Дистиллированная вода в равновесии с углекислым газом при 15 °С даёт показатель рН 5,7.

В умеренном климате вода природных водоёмов обычно слегка щелочная — рН 7,5-9. Только в болотах или водоёмах, регулярно попадающих под кислотные дожди, рН < 4,5-5,5. Кисловаты и воды тропической зоны с рН 5-6,8, хотя вода в некоторых африканских озёрах отличается щелочной реакцией, имея рН 9-10. Так как в наших аквариумах преобладают тропические водные растения из разных мест, при подборе следует учитывать их требования к кислотности воды. Отстоянная в течение суток водопроводная вода имеет реакцию, близкую к нейтральной, с рН 6,8-7,2

Большинство растений хорошо развивается в воде, показатель которой близок к нейтральному — рН 7,0. При показателе рН ниже 5,0 и выше 8,5 они чаще всего перестают расти или погибают. В пределах одного ботанического рода встречаются растения с разной требовательностью к кислотности воды. Так, апонегетон жестколистный хорошо растёт при рН 7,2-8,5, а апонегетон волнистый — при рН 6­7. В таблице 5 приведены основные аквариумные растения и их отношение к показателю рН.

Такие растения, как бликса колючесеменная (Blyxa echinosperma), больбитис Геделота (Bolbitis heudelotii), камомбы каролинские прекраснейшая и закрученнолистная (Camomba carollinianapulcherrima, Camomba carollinianatortifolia), лагенадра Меебольда (Lagenandra meeboldii), мох ключевой (Fontinalis antiperetica), риччия плавающая (Riccia fluitans), роталы Уоллича и крупнотычинковая (Rotala wallichii, Rotata macrandra), при сдвиге рН в щелочную сторону деградируют и гибнут. Таким образом, они выступают индикаторами изменения кислотности среды в сторону подщелачивания. Учитывая, что наша вода, как правило, более щелочная, чем могут вынести эти растения, её следует подкислить, контролируя рН с помощью индикаторов. Для подкисления аквариумной воды пригодна ортофосфорная кислота (Н₃РО₃). Попытки использования таких распространённых кислот, как серная, соляная или уксусная, могут привести к гибели водных организмов. Подкислить воду можно добавлением экстракта торфа или отвара ольховых шишек. Кроме этого, подкисление происходит и естественным путём. В аквариуме, из которого своевременно не удаляют остатки гниющих растений, несъеденного корма и экскрементов рыб, накапливается избыток органических веществ, что приводит к повышению кислотности.

Сами растения способны влиять на активную реакцию воды, меняя её в соответствии со своими жизненными потребностями. Так, эхинодорусы регулируют кислотность воды, не допуская её резких колебаний. В жёсткой воде у них на листьях образуется известковый налёт, что смягчает водную среду. При высокой карбонатной жёсткости растениям не хватает растворённой в воде углекислоты, поэтому они поглощают нижней стороной листа бикарбонат кальция, растворяют внутри листа связанную углекислоту и выделяют с верхней стороны гидроокись кальция. Процесс отложения кальция днём при ярком освещении увеличивается, а ночью снижается. Таким образом эхинодорусы регулируют суточные колебания показателя рН, который днём при ярком свете в верхних слоях воды быстро растёт, а ночью снижается. Возрастание показателя рН связано с одновременным уменьшением жёсткости воды.

Суточные колебания показателя рН отрицательно влияют на криптокорины, некоторые апоногетоны, барклайю. Криптокорины сами настолько активно подкисляют воду, что ощутимо влияют на рост чувствительных к переменам рН соседствующих с ними растений.

Ввиду естественного загрязнения воды, становящейся более кислой, аквариумисту для нормального роста многих растений приходится искусственно её подщелачивать. Не следует применять такие сильные щёлочи, как едкий натр (NaOH) или едкое кали (КОН). Добавление их раствора в аквариумную воду вызывает резкое ощелачивание, которое, однако, сохраняется лишь несколько часов из-за активного воздействия водных организмов. Стабильного сдвига рН в щелочную сторону можно достичь с помощью добавления в аквариум питьевой соды (NaHCO₃) в дозе 0,2-0,5 г на 1 л воды. Ценность соды — в её буферных свойствах. В растворе она ведёт себя как щёлочь, а при взаимодействии с сильными щелочами проявляет кислотные свойства. Даже при передозировке пищевой соды рН воды не поднимется выше 8,4.

В тоже время подщелачивание мягкой воды питьевой содой не даёт стойкого результата, а повышение содержания натрия оказывает токсическое воздействие на растения. Поэтому перед внесением питьевой соды следует поднять жёсткость воды не менее чем до 8 °dH.

Жёсткость воды является важным показателем, влияющим на рост водных растений. Обычно обозначают её как °dH. Один градус dH соответствует 20 мг/л кальция или 12 мг/л магния. Жёсткость воды зависит от наличия в ней карбонатов, сульфатов и других соединений. Различают временную и постоянную жёсткость, вместе дающих общую жёсткость. Временная, или карбонатная, жёсткость вызвана наличием гидрокарбонатов кальция и магния, разлагающихся при кипячении. Постоянная, или некарбонатная, жёсткость вызвана наличием сульфатов кальция, магния и подобных соединений, и под действием кипячения не изменяется. Нередко для аквариума используют воду, взятую из природных источников. Для сравнения в таблице 6 приведена характеристика жёсткости воды некоторых рек.

По степени жёсткости вода бывает:

— очень мягкая, менее 5 °dH;

— мягкая, 5-8 dH;

— средней жёсткости, 9-16°dH;

— жёсткая, 17-32 °dH;

— очень жёсткая, 33 °dH и более.

Индикаторами мягкости воды служат американские виды растений — эхинодорус нежный (Exinodorus tenellus) и эхинодорус озирис (Echinodorus osiris). В очень мягкой воде они быстро гибнут. В противоположность им камомба каролинская прекраснейшая (Саbomba Carolinapulcherrima) из Северной Америки для нормального роста, наоборот, требует очень мягкой воды. При жёсткости выше 5 dH листья камомбы мельчают, рост замедляется и растение постепенно отмирает. Не выносят избытка солей и такие аквариумные растения, как бликса колючесеменная, больбитис Геделота, камомба спиральнолистная, лагенадра Меебольда, мох ключевой, риччия, ротала Валлиха, ротала крупнотычинковая. Сравнивая с вышеприведёнными списками, можно заметить, что это те же самые растения, которые не выносят щелочной реакции воды.

Приведённые в таблице 5 растения по их чувствительности к показателям рН можно экстраполировать и по чувствительности к жёсткости воды. Так, растения, хорошо растущие в пределах рН 6-7, выносят пониженную жёсткость 1-8°dH (первая строка). Во второй строке приведены растения лучше развивающиеся при рН 7,2-8,5 и 9-16 °dH, а в третьей строке указаны растения нормально растущие в более широких диапазонах кислотности и жёсткости воды.

Жёсткость воды в аквариуме поднимают, добавляя 10%-ный раствор хлористого кальция (CaCl₂), который можно приобрести в аптеке или приготовить самостоятельно, 6,7%-ным раствором сульфата магния (MgSO₄). Берут 50 г сульфата магния, называемого в просторечьи горькой, или английской солью, и растворяют в 1 л воды, получая раствор, удобный для доливания в аквариум. Использовав по 1 мл каждого из двух маточных растворов на 1 л аквариумной воды, мы повышаем её жёсткость примерно на 4 °dH.

Если же нужна очень мягкая вода, то используют дистиллированную воду. Смягчают воду с исходно высокой жёсткостью кипячением. После кипячения её отстаивают и осторожно сливают с осадка. Сделать воду мягкой можно добавлением к жёсткой воде и воде средней жёсткости 1-2 г этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) или её натриевой соли (трилон-Б).

Ещё одним важнейшим показателем аквариумной воды является окислительно­восстановительный потенциал, или редокс-потенциал — rH. Он измеряется при помощи специального прибора — рН-метра и имеет следующие значения:

0-5 — полностью восстановленная среда;

6-11 — сильно восстановленная;

12-17 — умеренно восстановленная;

18-23 — слабо восстановленная;

24-29 — слабо окисленная;

30-34 — умеренно окисленная;

35-39 — сильно окисленная;

40-42 — полностью окисленная.

В новом аквариуме редокс-потенциал близок к 32. В это время бурно растут сине-зелёные водоросли. Затем, по мере накопления органических веществ, редокс-потенциал начинает снижаться. При rH 30-29 прекрасно развиваются апонегетоны и эхинодорусы, при rH 28 — криптокорины. При достижении rH 27 рост практически всех растений прекращается, однако не следует доводить до этого.

Скорее всего, большинству аквариумистов рН-метр недоступен. Тогда для слежения за редокс-потенциалом применяют сами аквариумные растения. В качестве индикатора органического загрязнения аквариумной воды можно использовать эхинодорусы (кроме наиболее устойчивого эхинодоруса мелкоцветкового). Если начинается их деградация — значит, пора начинать чистить аквариум. Помочь в оценке редокс-потенциала могут данные таблицы 7.

Низкий редокс-потенциал губителен для растений, однако и резкий перенос их в свежую воду также может оказаться катастрофой. Чтобы подводный сад после периода расцвета не погиб, воду в аквариуме следует постепенно обновлять. В природной обстановке в водоёмах проходят процессы обновления, которые невозможны в такой маленькой замкнутой системе, как домашний аквариум. Даже применение различных фильтров не спасает положения: ведь очищенная вода с тем же самым редокс-потенциалом возвращается обратно.

Поэтому с момента пышного развития основных растений в аквариуме начинают регулярно, раз в две недели, обновлять воду, заменяя примерно пятую часть старой воды отстоявшейся свежей. При полной чистке аквариума в него возвращают третью часть старой воды, а новую доливают постепенно в течение недели, добавляя ежедневно не более одной части от полного объёма. Чем меньше объём аквариума, тем осторожнее следует проводить смену воды.

Растительные хамелеоны

Окраска растений зависит от наличия в их тканях определённых пигментов — хлорофиллов, каротиноидов, антоцианов. Хлорофилл определяет зелёную окраску листьев. Без этого изумрудного пигмента невозможна жизнь на планете, так как он осуществляет фотосинтез. Спутниками хлорофилла являются каротиноиды, которые определяют жёлтое, оранжевое и красное окрашивание. Так, жёлтые зёрна кукурузы, оранжевая кожура мандарина, красные плоды шиповника своей окраской обязаны каротиноидам. Третья группа пигментов — антоцианы, которые определяют практически все краски растений — от оранжевой и красной до синей. Для нас антоцианы интересны тем, что они являются индикаторами на изменение кислотности среды. Кроме того, антоцианы обладают лечебными свойствами и представляют ценность в качестве пищевых красителей.

Основными и самыми распространёнными антоцианами являются пеларгонидин, цианидин и дельфинидин. В растениях они находятся в виде гликозидов, т. е. соединены с различными сахарами. Красный пеларгонидин содержится в цветках герани (Geranium roseum), георгин (Dahlia pinnata), плодах земляники (Fragaria ananassa), корнеплодах редиса (Raphanus sativus). Малиновый цианидин находится в листьях бука (Fagus silvatica «Purpurea»), цветках тюльпанов (Tulipa x hybrida), васильков (Centaurea cyanus), плодах чёрной смородины (Ribes nigra), ежевики (Rubus caesius). Розово-лиловый дельфинидин определяет окраску цветков живокости (Consolida regalis), гиацинта (Hyacinthus orientalis), плодов баклажана (Solarium melongena), граната (Punica granatum).

Антоцианы содержатся почти во всех растительных тканях в самых разных частях растений: в лепестках, плодах, листьях. Они обычно окрашивают цветки и плоды в фиолетовый цвет, в листьях их присутствие маскируется хлорофиллом. Образуя комплексные соединения с ионами металлов, они обеспечивают проявление синего цвета (голубого пигмента как такового у растений нет). Один и тот же пигмент — цианидин, вследствие нахождения его в различных условиях, обеспечивает окраску и красной розы, и синего василька. Разнообразие антоциановых окрасок растений определяется внутренними биохимическими процессами и сочетанием различных антоцианов и их производных.

Изменение окраски самих антоцианов связано с показателем рН среды. При рН < 6 окраска карминово-красная, 6 — фиолетовая, 8 — синяя, 10 — зелёная. Наиболее устойчивая окраска наблюдается при рН 2, при рН 8-10 она сохраняется в течение всего нескольких минут.

Эти изменения дают садоводу немало удовольствия, особенно если он осознанно использует свои знания. Известно, что кислая почвенная среда вызывает изменение окраски цветков. Так, у герани (Geranium alpestre) лилово-синие цветки могут превратиться в розовые. Розовые цветки гортензии (Hydrangea macrophylla), растущей на щелочных почвах, при подкислении грунта квасцами приобретают голубую окраску. У дельфиниумов (Delphinium sp.) голубая и синяя окраска лепестков к концу цветения в результате изменения реакции клеточного сока переходит в фиолетовую и лиловую. Синие гиацинты (Hyacinthus orientalis), растущие вблизи муравейника, под влиянием паров муравьиной кислоты превращаются в красные. Опрыснув цветущее растение из пульверизатора раствором нужной кислотности, можно удивить гостей возможностью управления окраской.

Если у вас не пропала склонность к химии, то следует поэкспериментировать дальше. На обычной кухне вполне можно поставить интересный опыте растительными индикаторами даже без специального химического оборудования и дорогостоящих реактивов. Для этого возьмём красно-кочанную капусту (Brassica oleracea), окраска которой обусловлена антоцианами. Измельчим капусту и зальём на 10-20 минут кипятком. После настаивания профильтруем раствор, который будет иметь красновато-синеватый цвет и рН около 7. Его можно разлить по нескольким стаканам, а затем добавить в них имеющиеся в хозяйстве вещества: аммиак, известь, лимонную кислоту, пищевую или кальцинированную соду, сельтерскую воду, уксус, серную или соляную кислоту (при пользовании последними не забудьте об осторожности). При этом будет наблюдаться изменение окраски (таблица 8). Пурпурно-фиолетовая окраска красно-кочанной капусты в кислом растворе станет красной, а в щелочном растворе — синей, зелёной или жёлтой.

Для опытов можно взять любые растения, содержащие антоцианы. Интенсивную окраску дают плоды аронии (Aronia melanocarpa), бузины (Sambucusnigra), вишни (Cerasusvulgaris), граната (Punica pranatum), ежевики (Rubus loganobaccus), малины (Rubusidaeus), слив (Prunus domestica), тёрна (Prunus spinosa), черёмухи (Padusavium), чёрной смородины (Ribes nigrum); лепестки астр (Aster sp.), роз (Rosa sp.), васильков (Centaurea sp.), мальвы (Althea rosea), петунии (Petunia hybrida) и других цветов. Намочив в растворе антоцианов фильтровальную бумагу, а затем просушив её и нарезав полосками, мы получим самодельную индикаторную бумагу, аналогичную лакмусовой. Добавив в антоциановый раствор горсть земли, можно сделать заключение о её кислотности. Если настой покраснеет, то реакция почвы кислая, если посинеет или позеленеет — щелочная или нейтральная.

Возможно, не задумываясь над этим, хозяйка на кухне ежедневно ставит множество химических опытов. Изменение окраски растительных индикаторов при различных значениях рН можно наблюдать в процессе приготовления украинского борща. Главным компонентом борща является столовая свёкла, или по-украински буряк (Beta vulgaris). В свёкле содержится пигмент бетанин, похожий по окраске на антоцианы, но отличающийся от них структурой. Он легко разрушается при нагревании и действии других факторов. Поэтому для сохранения красивой окраски свёклы её пассеруют с добавлением уксуса. Бетанин в очень кислых растворах имеет фиолетовую окраску (в форме катиона), а в щелочных — красную (в форме аниона).