Вредное воздействие озонового загрязнения на растения

Исследовательская группа под руководством профессора Амоса Тая, доцента программы наук о системе Земли в Китайском университете Гонконга (CUHK), успешно количественно оценила и визуализировала влияние загрязнения воздуха в Гонконге, особенно озона, на растения и окружающую среду. Хотя эксперимент проводился в сельской местности и весной, когда средняя концентрация озона обычно ниже, уровень загрязнения все равно был достаточно высоким, чтобы нанести значительный ущерб растениям-биоиндикаторам. Результаты недавно опубликованы в журнале Atmosphere.

Гонконг — один из самых густонаселенных городов мира. Среди различных загрязнителей воздуха особую озабоченность вызывает приземный озон. Согласно данным мониторинга качества воздуха за 2019 год, опубликованным Департаментом охраны окружающей среды, средний уровень озона растет последние 20 лет, несмотря на общее улучшение качества воздуха и снижение уровня других основных загрязнителей.

Озон в основном образуется фотохимически из антропогенных прекурсоров, таких как летучие органические соединения (VOCs) и оксиды азота, которые выбрасываются транспортными средствами. Озон может нанести значительный вред здоровью человека и экосистем. Фитотоксичность озона повреждает фотосинтез, снижает газообмен, вызывает раннее старение листьев и замедляет рост как естественной растительности, так и сельскохозяйственных культур. Поскольку растения играют ключевую роль в регулировании окружающей среды, ущерб, наносимый им озоном, может ускорить деградацию окружающей среды с серьезными последствиями для здоровья человека.

Профессор Тай и его команда создали экспериментальный сад под открытым небом («озоновый сад») для мониторинга, количественной оценки и понимания механизмов повреждения растений озоном. В нем выращивались сорта бобов с разной чувствительностью к озону в качестве биоиндикатора воздействия местного загрязнения воздуха на экосистемы.

«Такой сад под открытым небом был построен во многих местах в США и Европе, но это первый в своем роде в Южном Китае. Данные, полученные из этого сада, необходимы для демонстрации воздействия загрязнения воздуха на растения в локальных условиях и для получения важных параметров экологической физиологии и биометеорологии, которые можно использовать для построения регионально релевантной модели системы Земли для прогнозирования», — пояснил профессор Тай.

Выбранный вид бобов проявляет характерный красный крапчатый узор на листьях в зависимости от уровня озона в атмосфере. Использовались два генотипа бобов — чувствительный и устойчивый к озону (поставлены Центром экологии и гидрологии Великобритании).

Ключевые результаты:

• Чувствительный генотип бобов страдал от большего повреждения листьев озоном, с большим количеством красных пятен и более высокой смертностью.
• Растения чувствительного генотипа производили на 30% больше цветов, чем устойчивые. Это результат стресс-индуцированного цветения, вызванного озоном, который заставляет растение производить больше цветов для поддержания шансов на оплодотворение и размножение.
• Устойчивый генотип имел на 17% более высокий процент успешного развития плодов (от цветения до формирования бобов) и меньше незрелых или мертвых стручков.

Выводы показывают, что уровень озона в Гонконге достаточно высок, чтобы нанести значительный ущерб растениям даже в сельской местности, такой как кампус CUHK. Это имеет важные последствия для фермеров в Гонконге и Южном Китае, чьи культуры страдают от озонового загрязнения. Эксперимент также предоставляет доказательства в поддержку политики чистого воздуха, направленной на сокращение выбросов от транспорта в Гонконге. Работа над экспериментом будет продолжена для изучения физиологии бобов при различных концентрациях озона в контролируемой среде.