Загрязнение PM2.5 ослабляет способность растений поглощать углерод

Мелкодисперсное загрязнение воздуха способно не только вредить здоровью людей, но и ослаблять один из важнейших механизмов наземной экосистемы — поглощение углекислого газа растениями. К такому выводу пришла международная группа учёных под руководством специалистов Университета Гонконга.

Исследование выполнили Цзянь Ван и Юйюй Чжоу с географического факультета Университета Гонконга совместно с Линли Лю, Константином Цонером, Цзин Вэем и Чаояном У. В проекте участвовали Институт географических наук и исследования природных ресурсов Китайской академии наук, Университет Китайской академии наук, Институт ботаники КАН, Китайский национальный ботанический сад, Пекинский университет, Токийский университет и швейцарский BRANCH Institute. Статья опубликована в журнале Nature Climate Change.

Учёные изучали влияние частиц PM2.5 — аэрозолей диаметром не более 2,5 микрометра — на эффективность использования воды растительностью. Этот показатель отражает, сколько углерода растение усваивает при фотосинтезе в расчёте на единицу воды, потерянной при испарении.

В последние десятилетия повышение концентрации углекислого газа в атмосфере в среднем улучшало этот показатель: растения могли поглощать больше углерода, не увеличивая пропорционально расход воды. Однако новый анализ показал, что загрязнение PM2.5 частично ослабляет такой эффект.

Авторы объединили несколько независимых массивов данных: изотопные показатели годичных колец деревьев, измерения обмена углекислым газом и водяным паром на наземных станциях и спутниковые наблюдения за растительностью. Во всех трёх масштабах преобладала отрицательная связь между содержанием PM2.5 и эффективностью использования воды.

Основной механизм оказался связан не с усилением испарения, а со снижением фотосинтеза. Аэрозольная дымка уменьшает количество фотосинтетически активного света, достигающего растений. Загрязнение также связано с ослаблением карбоксилирующей способности — биохимической возможности листьев включать углекислый газ в органические соединения.

Величина эффекта различалась в зависимости от климата, уровня загрязнения, типа растительности и её физиологических особенностей. Поэтому результаты нельзя интерпретировать как единое процентное снижение фотосинтеза для всех лесов и других экосистем мира.

Исследование выявило и недостаток современных экосистемных моделей. Многие из них учитывают температуру, осадки, концентрацию углекислого газа и другие климатические факторы, но не воспроизводят прямое воздействие аэрозольного загрязнения на растения. В результате модели могут неточно оценивать сочетание углеродного поглощения и водообмена в загрязнённых регионах.

Работа основана на глобальных наблюдательных данных и статистическом сопоставлении нескольких независимых методов. Она показывает устойчивую связь и указывает на вероятные физические и биохимические механизмы, однако не означает, что PM2.5 одинаково воздействует на каждое отдельное растение. Для уточнения региональных последствий потребуются контролируемые эксперименты и включение аэрозольных процессов в модели наземных экосистем.