Байер: как дым лесных пожаров влияет на посевы?

Дым представляет собой смесь твердых частиц, различных газов и водяного пара. (Интересно, что водяной пар является основным компонентом дыма.) Газы могут включать окись углерода, диоксид углерода, оксид азота, некоторые летучие органические соединения (ЛОС) и мелкие частицы. ЛОС и оксиды азота объединяются под действием солнечного света, образуя озон. Озон, хотя и полезен в верхних слоях атмосферы, очень вреден для растений на уровне земли. Когда озон попадает в лист, эта высокореактивная форма кислорода мешает фотосинтезу и повреждает ткани растения на клеточном уровне, увеличивая скорость старения. Недавнее исследование, проведенное Университетом Иллинойса, показало, что озон может снизить урожайность кукурузы на 10% при тех концентрациях, в которых он производится в настоящее время.1

Каково общее влияние дыма на урожайность сельскохозяйственных культур?

Хотя рассеяние света, вызванное переносимыми по воздуху частицами, может быть полезным для увеличения фотосинтетической доступности синего света, общее снижение солнечной радиации, вероятно, перевесит эту выгоду. Исследование 2019 года показало, что искусственное снижение солнечной радиации на 15% привело к снижению урожайности некоторых кукурузных продуктов.2 Это также может косвенно повлиять на общее состояние растений. Снижение фотосинтетической способности, вызванное уменьшением общего количества солнечной радиации, дополнительно заставляет растение повторно мобилизовать углеводы из стебля и корней в развивающееся зерно, увеличивая риск ухудшения здоровья стебля и корней.

Однако исследование в Калифорнии показало, что задымление повышает эффективность использования света (определяемую в исследовании как отношение производительности к поглощенной радиации), и что для кукурузы это значение почти удвоилось. Хотя эта повышенная эффективность зависит от компромисса между уменьшением общего количества солнечной радиации и увеличением количества рассеянного света.3

В ясный солнечный день значения освещенности растительного покрова (измеренные как плотность потока фотосинтетических фотонов, PPFD) колеблются от 1200 до 1800 мкмоль на м2 в секунду (микромоль на квадратный метр в секунду). В пасмурные дни плотность потока фотосинтетических фотонов составляет всего от 100 до 400 мкмоль на м2 в секунду. В исследовании в Огайо авторы сравнили PPFD дней с дымом от лесных пожаров и пасмурными днями с долгосрочным средним значением за тот же период времени.4 Ежедневное сокращение в июне из-за дыма и облачности составило 51 мкмоль на м2 в секунду, а в июле снижение составило 44 мкмоль/м2/с. Хотя это относительно небольшое ежедневное сокращение, влияние более низкой плотности потока фотосинтетических фотонов носит кумулятивный характер.

Какова суть?

Эти результаты примерно так же ясны, как небо над Среднем Западом в последнее время. Солнечный свет должен улавливаться растению для стимулирования фотосинтеза. Дым может увеличить рассеивание синего света, делая его более доступным для фотосинтеза, а также уменьшая общее количество солнечной радиации, доступной для фотосинтеза. В условиях отсутствия засухи ясные солнечные дни обеспечивают наилучшие условия для максимальной эффективности фотосинтеза, тем самым максимизируя потенциал урожайности. Авторы исследования в Огайо предположили, что даже небольшое сокращение, которое они наблюдали, снизит общий потенциал урожайности как кукурузы, так и соевых бобов.4 С другой стороны, если вегетационный период продлится, потеря PPFD в начале сезона может быть компенсирована за счет более продолжительный вегетационный период.