Rostliny čelí neviditelnému problému. Na vině je znečištěné ovzduší

O jemných částicích PM2,5 víme, že pronikají hluboko do lidského organismu a mají nepříznivé účinky na lidské zdraví. Nový výzkum ale ukazuje, že jejich působení nekončí u člověka. Globální analýza odhalila souvislost mezi znečištěním ovzduší a způsobem, jakým vegetace hospodaří s vodou. Výzkumníci přitom odhalili mechanismus, který dosavadní pohled na působení znečištění ovzduší na rostliny rozšiřuje.
Rostlina potřebuje k růstu vodu, oxid uhličitý a světlo. Vodu přijímá kořeny, oxid uhličitý získává z atmosféry a energii ze slunečního záření využívá při fotosyntéze. Díky tomu vytváří organické látky, ze kterých vzniká nová biomasa. Voda však rostlinou především protéká a velká část jí nakonec uniká přes listy do atmosféry.
Právě vztah mezi získaným uhlíkem a množstvím vody, které rostlina při tomto procesu ztratí, popisuje účinnost využití vody. Když tedy rostlina přijme určité množství vody, podstatné není jen to, kolik vody přes ni projde, ale také kolik uhlíku při tom dokáže získat a uložit do nové biomasy.
Vliv jemných částic na efektivitu rostlinného metabolismu
Podle nové studie tento poměr částice PM₂,₅ zhoršuje. Výzkumníci z University of Hong Kong, Chinese Academy of Sciences, University of Tokyo a Peking University sledovali tento vztah v globálním měřítku. Využili údaje z letokruhů stromů, měření výměny oxidu uhličitého a vody mezi vegetací a atmosférou a družicová pozorování vegetace. Výsledky zveřejnili v časopise Nature Climate Change ve studii s názvem Particulate air pollution undermines plant water-use efficiency by inhibiting photosynthesis.
Jedním z hlavních zjištění je, že částice PM2,5 omezují fotosyntézu. Jemné částice v ovzduší rozptylují a pohlcují část slunečního záření, takže k rostlinám dopadá méně záření, které mohou využít pro fotosyntézu. Výzkumníci současně zjistili snížení takzvané karboxylační kapacity, tedy schopnosti listů využívat oxid uhličitý při tvorbě organických látek. Rostlina tak má méně světelné energie a zároveň hůře využívá CO2, který má k dispozici. Výsledkem je pomalejší fotosyntéza.
Pro účinnost využití vody je důležité, co se stane potom. Pokud rostlina fotosyntézou vytvoří méně organických látek, ale množství vody, které přes listy uniká do atmosféry, se nesníží stejnou měrou, zhorší se poměr mezi získaným uhlíkem a ztracenou vodou. Rostlina tak z vody, která jí projde, získá méně uhlíku.
Statistické vyjádření environmentálních faktorů
Právě tuto souvislost zachytila globální analýza. Výzkumníci spojili údaje ze 151 stanovišť s údaji ze 132 míst, kde byly přímo měřeny toky uhlíku a vody mezi vegetací a atmosférou. K tomu přidali údaje o koncentracích PM₂,₅, množství slunečního záření, teplotě, srážkách, CO2 a dalších podmínkách prostředí. Výsledky ukázaly převážně negativní vztah mezi koncentrací PM2,5 a účinností využití vody.
Studie zároveň umožnila porovnat význam PM2,5 s dalšími faktory. Po zohlednění ostatních podmínek vysvětlovalo PM2,5 přibližně 13 % variability účinnosti využití vody. U koncentrace CO₂ to bylo přibližně 22 %, u rozdílu mezi množstvím vodní páry v ovzduší a množstvím, které by ovzduší při dané teplotě mohlo obsahovat, kolem 16 %. Teplota vysvětlovala přibližně 13 %, sluneční záření 11 % a srážky kolem 10 %.
Těchto 13 % však neznamená, že zvýšení koncentrace PM2,5 automaticky způsobí 13% pokles účinnosti využití vody. Číslo vyjadřuje podíl variability tohoto ukazatele, který statistická analýza spojila s PM2,5 po zohlednění dalších podmínek. Síla reakce se proto mezi jednotlivými oblastmi liší.
Rozdíly v reakcích mezi typy vegetace
Rozdíly mezi vegetací byly podle studie skutečně výrazné. Lesy a nelesní porosty nereagovaly na PM₂,₅ stejným způsobem. Výsledek ovlivňovaly také místní klimatické podmínky, množství znečištění a vlastnosti samotné vegetace. Rostliny se liší například stavbou a vlastnostmi listů, schopností fotosyntézy i způsobem, jakým regulují ztráty vody. Stejná koncentrace PM₂,₅ proto nemusí mít všude stejný účinek.
Výsledky mají význam také pro dlouhodobý vývoj účinnosti využití vody. Rostoucí koncentrace CO₂ v atmosféře obecně zlepšuje schopnost rostlin získávat uhlík vzhledem k množství vody, které ztrácejí. Tento vývoj lze sledovat například podle izotopového složení uhlíku zachovaného v letokruzích stromů. Studie však ukazuje, že rostoucí množství CO₂ není tedy jedinou podmínkou, která rozhoduje o tom, jak rostliny budou s vodou hospodařit.
Globální důsledky pro ukládání uhlíku v krajině
Význam tohoto zjištění může růst s globálním oteplováním. Vyšší teploty zvyšují nároky vegetace na vodu a v řadě oblastí zároveň roste riziko sucha. Rostliny tam mohou čelit současně vyšší teplotě, menší dostupnosti vody a znečištěnému ovzduší. Jemné částice PM2,5 tak představují další podmínku prostředí, která může ovlivnit schopnost vegetace růst a ukládat uhlík.
Důsledky se mohou projevit i mimo samotné rostliny. Vegetace je významným místem, kde se uhlík z atmosféry ukládá do biomasy. Zároveň přes ni prochází velké množství vody, která se z půdy dostává zpět do atmosféry. Pokud znečištění omezuje fotosyntézu a tím i tvorbu biomasy, může se snižovat také množství uhlíku, které vegetace ukládá.
Výzkumníci proto svá zjištění porovnali také s patnácti počítačovými modely používanými k popisu fungování vegetace. Modely, které působení částic znečišťujících ovzduší nezohledňují, nedokázaly vztah mezi PM₂,₅ a účinností využití vody reprodukovat. Podle autorů proto samotné klimatické podmínky, které se s koncentrací částic často mění současně, nestačí k vysvětlení pozorovaného vztahu.
Výsledek tak upozorňuje na dosud nedostatečně zachycenou součást fungování vegetace. Při předpovědích jejího vývoje se běžně pracuje s teplotou, srážkami, koncentrací CO2 a dalšími podmínkami prostředí. Nová studie ukazuje, že do této rovnice je potřeba zahrnout také znečištění jemnými částicemi.
PM2,5 tak nemusí představovat problém pouze pro lidské zdraví a kvalitu ovzduší. Mohou zasahovat také do vztahu mezi uhlíkem a vodou, který patří k základním procesům fungování rostlin. V době, kdy současně roste koncentrace CO2, teploty a v řadě oblastí i riziko nedostatku vody, může být právě tento vztah důležitý pro pochopení toho, jak se bude vegetace v budoucnu vyrovnávat s podmínkami prostředí.














zdroj: ČZU / překlad ChatGPT




















