Отложения твердых частиц на листьях увеличивают транспирацию растений и риск того, что растения пострадают от засухи. Таким образом, твердые частицы могут в большей степени способствовать гибели деревьев и упадку лесов, чем предполагалось ранее. На это указывают результаты исследования теплиц, проведенного Боннским университетом, в ходе которого сравнивались саженцы деревьев, выращенные в воздухе, почти не содержащем твердых частиц, или в нефильтрованном воздухе. Результаты сейчас публикуются в журнале «Environmental Research Letters».
Влияние твердых частиц на здоровье человека привлекло широкое внимание, но мало что известно о влиянии мелких частиц на растения. Было обнаружено, что явление повреждения лесов после засушливых лет ускоряется во всем мире, о чем сообщалось в юго-западной части США и совсем недавно в Африке, где крупные баобабы сокращаются. «Были разные объяснения этим региональным событиям, но всеобъемлющее объяснение до сих пор отсутствует», - говорит д-р Юрген Буркхардт из Института растениеводства и сохранения ресурсов (INRES) Боннского университета.
Крошечные поры в листьях, устьица, являются привратниками, которые регулируют, сколько водяного пара выбрасывается в атмосферу. Но устьица также пропускают углекислый газ, который необходим для фотосинтетического производства сахаров, запасающих энергию. Это ставит растения перед дилеммой между жаждой и голодом: закрытие устьиц экономит воду, но ограничивает поглощение углекислого газа. И наоборот, открытые поры позволяют проникать углекислому газу, но за счет увеличения потери воды. Буркхардт: «Растения адаптировали устьичную регуляцию к преобладающим условиям окружающей среды на протяжении эволюции, но концентрации твердых частиц в целом были намного ниже, чем сегодня».
Деревья меньше испаряются в отфильтрованном воздухе
Совместно с коллегами из Центра экологии и гидрологии в Эдинбурге (Великобритания), Метеорологической и гидрологической службы в Загребе (Хорватия) и Калифорнийского университета в Риверсайде (США) ученые из Боннского университета обнаружили, что твердые частицы вещество влияет на устьичную регуляцию. Они показали, что сеянцы сосны обыкновенной, пихты серебристой и дуба черешчатого, выращенные в теплицах с отфильтрованным воздухом, почти не содержащим твердых частиц, выделяют меньше воды, чем сеянцы, выращенные в теплицах, подвергающихся воздействию окружающего умеренно загрязненного воздуха города Бонн. Это наблюдение относилось даже к полностью закрытым устьицам.
В недавно опубликованном исследовании той же исследовательской группы растения, выращенные в фильтрованном воздухе, испаряли меньше, чем растения в окружающем воздухе, несмотря на то, что у них одинаковые устьичные отверстия. «Таким образом, отложение твердых частиц увеличивает транспирацию листвы», - резюмирует Буркхардт. «Эти эксперименты указывают на прямую, но до сих пор отсутствующую связь между загрязнением воздуха и уязвимостью к засухе».
Большая часть атмосферных твердых частиц гигроскопична, что способствует конденсации влаги в воздухе. На поверхности листьев образующаяся жидкая вода также может образовываться из испаряемого водяного пара и гигроскопичных твердых частиц. «Однако это крошечные количества воды, невидимые невооруженным глазом, - говорит Буркхардт, - и это не чистая вода, а высококонцентрированные растворы солей».
Растворы солей могут в конечном итоге проникать в устьица в виде жидких пленок, образуя очень тонкие, но непрерывные жидкие водные соединения между внутренней частью листа и поверхностью. Затем они могут действовать как фитиль, который переносит воду через устьичные поры наружу листа. Буркхардт: «Устьица частично теряют контроль над транспирацией, и растения больше подвержены риску засухи».
Твердые частицы трудно обнаружить на листьях
В электронном микроскопе солевые растворы проявляются в виде корок, присутствующих в атмосферном воздухе, но отсутствующих на проростках из фильтрованного воздуха. «Такие корки наблюдались на поврежденных деревьях в прошлом, и тогда это явление было названо «деградацией воска», но его происхождение оставалось неясным», - говорит Буркхардт. «Твердые частицы, которые обычно представляют в виде мелких гранул, не рассматривались как способствующий фактор», - говорит ученый из Боннского университета.
Исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) и Европейским Союзом.