Деревьям тоже не нравится дышать дымом лесных пожаров – и они задерживают дыхание, чтобы избежать этого.

Когда в воздухе поднимается дым от лесных пожаров, врачи призывают людей оставаться дома избегать вдыхания вредных частиц и газов.Но что происходит с деревьями и другими растениями, которые не могут спастись от дыма?

Они реагируют немного так же, как и мы, оказывается:Некоторые деревья фактически закрывают окна и двери и задерживают дыхание.

Как атмосферный и ученые-химики, мы изучаем качество воздуха и экологические последствия дыма лесных пожаров и других загрязнителей.В исследовании, которое началось совершенно случайно, когда дым заполонил наш исследовательский центр в Колорадо, мы смогли смотреть в реальном времени как отреагировали листья живых сосен.

Как дышат растения

У растений на поверхности листьев есть поры, называемые устьицами.Эти поры очень похожи на наши рты, за исключением того, что мы вдыхаем кислород и выдыхаем углекислый газ, а растения вдыхают углекислый газ и выдыхают кислород.

И люди, и растения вдыхают другие химические вещества, находящиеся в воздухе вокруг них, и выдыхают химические вещества, образующиеся внутри них: у некоторых людей запах кофе, у некоторых деревьев – запах сосны.

Однако, в отличие от людей, листья вдыхают и выдыхают одновременно, постоянно поглощая и выделяя атмосферные газы.

Подсказки из более чем столетних исследований

В начале 1900-х годов ученые, изучавшие деревья в сильно загрязненных районах, обнаружили, что те, кто хронически подвергался загрязнению в результате сжигания угля, черные гранулы, закупоривающие поры листа которым дышат растения.Они подозревали, что вещество в этих гранулах было частично создано деревьями, но из-за отсутствия доступных в то время инструментов химия этих гранул так и не была изучена, как и их влияние на фотосинтез растений.

Большинство современных исследований воздействия дыма от лесных пожаров сосредоточены на сельскохозяйственных культурах. результаты оказались противоречивыми.

Например, исследование многочисленных посевов и водно-болотных угодий в Калифорнии показало, что дым рассеивает свет таким образом, что растения более эффективным при фотосинтезе и росте.Однако лабораторное исследование, в ходе которого растения подвергались воздействию искусственного дыма, показало, что продуктивность растений падала во время и после воздействия дыма. восстановился через несколько часов.

Есть и другие признаки того, что дым лесных пожаров может негативно повлиять на растения.Возможно, вы даже пробовали один из них:Когда виноград подвергается воздействию дыма, его вино может быть испорчено.

Что делает дым токсичным даже вдали от огня

Когда дым от лесных пожаров распространяется на большие расстояния, он нагревается под воздействием солнечного света и химические изменения.

Смешивание летучих органических соединений, оксидов азота и солнечного света приведет к создавать приземный озон, что может вызвать проблемы с дыханием у человека.Он также может повредить растения, разрушая поверхность листьев, окисляя растительные ткани и замедляя фотосинтез.

В то время как ученые обычно считают городские районы крупными источниками озона, который влияет на посевы с подветренной стороны, дым от лесных пожаров является возникающая проблема.Другие соединения, включая оксиды азота, также могут вредить растениям и уменьшить фотосинтез.

В совокупности исследования показывают, что дым лесных пожаров взаимодействует с растениями, но плохо изученным образом.Отсутствие исследований обусловлено тем фактом, что изучить воздействие дыма на листья живых растений в дикой природе сложно:Лесные пожары трудно предсказать, и находиться в задымленных условиях может быть небезопасно.

Случайное исследование – посреди лесного пожара

Мы не ставили перед собой задачу изучить реакцию растений на дым от лесных пожаров.Вместо этого мы пытались понять, как растения выделяют летучие органические соединения – химические вещества, из-за которых лес пахнет лесом, а также влияет на качество воздуха и может даже изменить облака.

Падать 2020 год был неудачным сезоном из-за лесных пожаров на западе США, и густой дым поднялся над полевым участком, где мы работали в Скалистых горах Колорадо.

В первое утро сильного задымления мы провели обычный тест по измерению фотосинтеза на уровне листьев сосны Пондероза.Мы были удивлены, обнаружив, что поры дерева были полностью закрыты, а фотосинтез практически нулевой.

Мы также измерили выбросы листьев их обычных летучих органических соединений и обнаружили очень низкие значения.Это означало, что листья не «дышали» – они не вдыхали углекислый газ, необходимый им для роста, и не выдыхали химические вещества, которые они обычно выделяют.

Получив эти неожиданные результаты, мы решили попробовать усилить фотосинтез и посмотреть, сможем ли мы «дефибриллировать» лист и привести его в нормальный ритм.Изменяя температуру и влажность листа, мы очистили его «воздушные пути» и увидели внезапное улучшение фотосинтеза и выброс летучих органических соединений.

Данные, собранные за несколько месяцев, показали нам, что некоторые растения реагируют на сильные приступы дыма от лесных пожаров. закрыв их биржу с наружным воздухом.Они эффективно задерживают дыхание, но не раньше, чем подвергнутся воздействию дыма.

Мы выдвигаем гипотезу о нескольких процессах, которые могли привести к закрытию пор листьями:Частицы дыма могут покрыть листья, создавая слой, препятствующий открытию пор.Дым также может проникнуть в листья и закупорить их поры, делая их липкими.Или листья могут физически отреагировать на первые признаки дыма и закрыть поры, прежде чем он почувствует худшее.

Вероятно, это комбинация этих и других ответов.

Долгосрочные последствия пока неизвестны

До сих пор неясно, как долго длится воздействие дыма от лесных пожаров и как повторяющиеся дымовые явления повлияют на растения, включая деревья и сельскохозяйственные культуры, в долгосрочной перспективе.

Поскольку лесные пожары становятся все более интенсивными и частыми из-за изменение климата, политика управления лесами и человек поведение, важно лучше понять влияние.