澳大利亚“对话”网站7月30日刊登题为《树木也不喜欢吸入野火烟雾——它们会屏住呼吸以避免吸入烟雾》的文章,作者是美国科罗拉多州立大学化学教授德尔芬·法默,内容如下:当空气中弥漫着野火烟雾时,医生会呼吁人们待在室内,以免吸入有害颗粒和气体。
但是,无法逃离烟雾的树木和其他植物会有何种反应?事实证明,它们的反应跟我们有点类似:有些树木事实上会关闭自己的“门窗”,屏住“呼吸”。
作为大气和化学科学家,我们研究野火烟雾和其他污染物对空气质量和生态的影响。
在一项偶然开始的研究中,当烟雾笼罩我们在科罗拉多州的研究地点时,我们能够实时观察松树叶片的反应。
植物的叶子表面有名为气孔的小孔。
这些气孔很像我们的嘴巴,只是我们吸入氧气呼出二氧化碳,而植物吸入二氧化碳呼出氧气。
人类和植物都会吸入周围空气中的化学物质,并呼出身体内部产生的化学物质——有些人会呼出咖啡的气味,而有些树会呼出松树的气味。
然而,与人类不同,树叶会同时吸气和呼气,不断吸入和释放大气气体。
20世纪初,研究重度污染地区树木的科学家发现,长期暴露于燃煤污染的树木,其叶片气孔会被黑色颗粒堵塞,而植物正是通过这些气孔来呼吸。
他们怀疑这些颗粒中的物质部分是由树木制造出来的,但由于当时缺乏可用的仪器,这些颗粒的化学成分从未得到探究,其对植物光合作用的影响也没有得到研究。
现代对野火烟雾影响的研究大多集中在农作物,而且结果相互矛盾。
例如,一项对加利福尼亚州多处农作物田地和湿地的研究显示,烟雾散射光线的方式使植物的光合作用和生长效率更高。
然而,一项将植物暴露于人造烟雾的实验室研究发现,植物在暴露于烟雾期间和之后的生产力都会下降——尽管这些植物的生产力几个小时后会恢复。
当野火烟雾长距离传播时,烟雾在阳光下会发生化学变化。
挥发性有机化合物、氮氧化物和阳光混合后会产生地面臭氧,这会导致人类呼吸问题。
它还会通过降解叶片表面、氧化植物组织和减缓光合作用损害植物。
综上所述,研究表明,野火烟雾会与植物相互作用,但其相互作用方式尚不明确。
我们并没打算研究植物对野火烟雾的反应。
相反,我们试图了解植物如何释放挥发性有机化合物——这些化学物质使森林散发出森林的气味,但也会影响空气质量,甚至会改变云层。
2020年秋季是美国西部野火肆虐的季节,浓烟穿越我们在科罗拉多州落基山脉研究的一处田地。
在浓烟来袭的第一个早晨,我们像往常一样测量了西黄松叶片的光合作用的相关数据。
我们惊讶地发现,树木的气孔完全关闭,光合作用几乎为零。
我们还测量了树叶通常释放的挥发性有机化合物的数据,发现读数非常低。
这意味着树叶没有“呼吸”——它们没有吸入生长所需的二氧化碳,也没有呼出它们通常释放的化学物质。
得到这些出乎意料的结果后,我们决定尝试强制进行光合作用,看看我们能否为叶片“除颤”,使其恢复正常节律。
通过改变叶片的温度和湿度,我们清理了叶片的“呼吸道”,发现光合作用突然改善,挥发性有机化合物也激增。
数月的数据告诉我们,一些植物通过关闭与外界空气的交换“门窗”以应对猛烈的野火烟雾。
它们接触烟雾后就屏住了呼吸。
(编译/张琳)