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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，樹木對野火煙霧有令人驚訝的反應(yīng)

當(dāng)空氣中彌漫著野火煙霧時(shí)，醫(yī)生敦促人們待在室內(nèi)以避免吸入有害顆粒和氣體。但是，無法從煙霧中逃脫的樹木和其他植物會(huì)發(fā)生什么？

事實(shí)證明，他們的反應(yīng)有點(diǎn)像我們：有些樹基本上關(guān)上了門窗，屏住了呼吸。

如大氣和化學(xué)科學(xué)家，我們研究野火煙霧和其他污染物的空氣質(zhì)量和生態(tài)影響。在一項(xiàng)完全偶然開始的研究中，當(dāng)煙霧淹沒我們在科羅拉多州的研究基地時(shí)，我們能夠實(shí)時(shí)觀看活著的松樹的葉子如何反應(yīng)。

植物如何呼吸

植物的葉子表面有孔，稱為氣孔。這些毛孔很像我們的嘴巴，不同之處在于當(dāng)我們吸入氧氣和呼出二氧化碳時(shí)，植物吸入二氧化碳并呼出氧氣。

人類和植物都會(huì)吸入周圍空氣中的其他化學(xué)物質(zhì)，并呼出內(nèi)部產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)——咖啡一些人的呼吸，一些樹木的松樹香味。

然而，與人類不同的是，樹葉同時(shí)吸氣和呼氣，不斷吸收和釋放大氣氣體。

氣孔細(xì)胞改變形狀以打開和關(guān)閉植物呼吸孔。（mariaflaya/iStock/Getty Images Plus）

一個(gè)多世紀(jì)以來的研究線索

在 1900 年代初期，科學(xué)家們研究了嚴(yán)重污染地區(qū)的樹木，發(fā)現(xiàn)那些長期暴露在燃煤污染下的人有黑色顆粒堵塞葉孔植物通過它呼吸。他們懷疑這些顆粒中的物質(zhì)部分是由樹木產(chǎn)生的，但由于當(dāng)時(shí)缺乏可用的儀器，這些顆粒的化學(xué)性質(zhì)從未被探索過，對植物光合作用的影響也沒有被探索過。

大多數(shù)關(guān)于野火煙霧影響的現(xiàn)代研究都集中在農(nóng)作物上，以及結(jié)果一直相互矛盾.

例如，一項(xiàng)對加利福尼亞州多個(gè)農(nóng)作物和濕地地點(diǎn)的研究表明，煙霧以制造植物的方式散射光更高效在光合作用和生長。然而，一項(xiàng)將植物暴露在人造煙霧中的實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，在煙霧暴露期間和之后，植物的生產(chǎn)力會(huì)下降——盡管這些植物幾個(gè)小時(shí)后確實(shí)恢復(fù)了.

還有其他線索表明，野火煙霧會(huì)對植物產(chǎn)生負(fù)面影響。你甚至可能嘗過一種味道：當(dāng)葡萄暴露在煙霧中時(shí)，它們的葡萄酒可能會(huì)被污染.

是什么使煙霧有毒，甚至遠(yuǎn)離火源

當(dāng)野火煙霧長距離傳播時(shí)，煙霧會(huì)在陽光下烹飪并化學(xué)變化.

混合揮發(fā)性有機(jī)化合物、氮氧化物和陽光會(huì)使地面臭氧，這可能導(dǎo)致人類呼吸問題.它還可以通過降解葉片表面、氧化植物組織和減慢光合作用來損害植物。

雖然科學(xué)家通常認(rèn)為城市地區(qū)是臭氧這種影響在順風(fēng)處生長，野火煙霧是一種新出現(xiàn)的擔(dān)憂.其他化合物，包括氮氧化物，也可以對植物有害并減少光合作用。

綜上所述，研究表明野火煙霧與植物相互作用，但知之甚少。之所以缺乏研究，是因?yàn)檠芯繜熿F對野外活植物葉子的影響是困難的：野火很難預(yù)測，而且在煙霧繚繞的條件下可能是不安全的。

煙霧中的顆粒比頭發(fā)的寬度小得多，氣體在陽光下會(huì)發(fā)生反應(yīng)。（Jen Burgess/IsolineStudios/BC 疾病控制中心)

意外研究——在野火中

我們并沒有著手研究植物對野火煙霧的反應(yīng)。取而代之的是，我們試圖了解植物如何釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物——這些化學(xué)物質(zhì)使森林聞起來像森林，但也影響空氣質(zhì)量，甚至?xí)淖冊茖?/a>.

秋天 2020年是一個(gè)糟糕的季節(jié)美國西部的野火，濃煙從我們在科羅拉多州落基山脈工作的一個(gè)現(xiàn)場冒出。

在濃煙的第一天早上，我們做了通常的測試，以測量黃松的葉片水平光合作用。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這棵樹的毛孔完全閉合，光合作用幾乎為零。

我們還測量了葉子通常揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)非常低。這意味著樹葉沒有“呼吸”他們沒有吸入生長所需的二氧化碳，也沒有呼出他們通常釋放的化學(xué)物質(zhì)。

有了這些意想不到的結(jié)果，我們決定嘗試強(qiáng)迫光合作用，看看我們是否可以將葉子“去纖維化”到其正常節(jié)奏。通過改變?nèi)~子的溫度和濕度，我們清理了葉子的“氣道”，看到了光合作用的突然改善和揮發(fā)性有機(jī)化合物的爆發(fā)。

我們幾個(gè)月的數(shù)據(jù)告訴我們的是，一些植物對猛烈的野火煙霧有反應(yīng)通過關(guān)閉他們的交易所與外部空氣有關(guān)。他們實(shí)際上屏住了呼吸，但在他們暴露在煙霧中之前還沒有。

我們假設(shè)了一些可能導(dǎo)致葉子閉合毛孔的過程：煙霧顆粒可能會(huì)覆蓋在葉子上，形成一層阻止毛孔張開的層。煙霧也可能進(jìn)入葉子并堵塞它們的毛孔，使它們保持粘稠?；蛘撸~子可以對煙霧的最初跡象做出物理反應(yīng)，并在它們受到最嚴(yán)重的影響之前關(guān)閉毛孔。

這可能是這些反應(yīng)和其他反應(yīng)的結(jié)合。