红杉国家公园的著名的健壮,300英尺高的树坐高的内华达山脉西边,加利福尼亚州的圣华金河谷上方。他们是前所未有的威胁:野火已经烧毁的森林,现在,第一次,昆虫是杀死水杉。
还有一个更为隐蔽的威胁这些雄伟的树木和森林生态系统的一部分。臭氧水平红杉和邻近的国家公园,国王峡谷中最高的美国,由于烟雾吹过的城市地区,农业和工业活动在下面的圣华金河谷。烟雾水平有时高,或更高,比在洛杉矶。
它早就知道,地面,或对流层臭氧破坏树木和其他植物的影响宿主细胞水平的生物过程。研究表明,高臭氧浓度对植物生长产生负面影响,活力,光合作用,水平衡、开花过程,和植物保护自己的能力。
最近,研究人员将注意力转向如何有害的臭氧对植物的影响会波及整个生态系统和生物多样性的影响,伤害昆虫,野生动物,甚至土壤。188金博网注册就送188
研究表明,这些连锁反应可以包括降低植物营养丰富;减少气味轨迹传粉者遵循找到他们的目标;改变的时机落叶,影响居住的森林地面微生物群落;影响植物和树木的根系微生物,真菌,和其他生物,住在那里;甚至减少产量的主要粮食作物,如玉米和小麦。科学家预测,这些负面影响会变得更糟的是随着地球变暖因为地面臭氧随着温度上升而增加。
气候变暖增加地面臭氧,这一问题将加剧。
影响臭氧的内华达山脉和其他地方还远没有完全理解,因为很难影响研究,研究没有资助。很难梳理出臭氧的影响从干旱和气候变暖等压力,和许多臭氧的变化可能不是可检测数年或数十年。
但迄今为止的研究表明,臭氧水平升高已经以各种方式严重影响了生物多样性188金博网注册就送188
臭氧是世界上最具破坏性的污染物,“说Evgenios Agathokleous,环境资源生态学研究所的教授在中国南京大学信息科学与技术和该领域的研究人员之一。“这引起最广泛的破坏植物,生物多样性,这是一个非常严重的威胁。188金博网注册就送188“在亚洲的一些地区,他说,臭氧水平的10倍临界阈值。
臭氧——一个看不见的、没有气味的气体在高层大气中——对生命至关重要的,因为保护地球不受太阳紫外线的侵害。1987年的蒙特利尔议定书淘汰工业是破坏臭氧层的化学物质被认为是史上最成功的国际环境行动之一。不过,在地面臭氧是有毒的。“好高,坏附近”这个词有些科学家使用。也是一种温室气体——二氧化碳和甲烷后第三糟糕。
地面臭氧主要由人类创造,形成的污染物——比如一氧化二氮、甲烷和挥发性有机化合物,所排放的汽车、卡车、炼油厂、发电厂和石油和天然气开发。化学与氯相似,但不像有毒。
加州红杉国家公园巨杉。Marji朗/ LightRocket通过盖蒂图片社
当这些空气污染物满足阳光和温暖的温度,他们通过一个化学反应,成为臭氧。在美国、臭氧大大减少近几十年来由于规定一氧化二氮的排放和其它前体污染物。然而有些地方臭氧仍然保持在高水平,包括大部分的西方国家。除了红杉国家公园,在其他公园臭氧水平仍然很高,包括约书亚树和落基山国家公园。丹佛,盐湖城,阿尔伯克基,在其他城市在西方,常常达到health-threatening的臭氧水平。
研究表明臭氧水平稳步提高在整个亚太地区,非洲和欧洲。大部分的来源是中国,印度和东南亚。和臭氧能扩散到很大的范围,从印度北部到信封来自亚洲的喜马拉雅山或穿越太平洋成为西海岸臭氧水平的一个因素,包括臭氧影响水杉。臭氧也被认为在损害植物在北极。
此外,气候变暖增加地面臭氧,这一问题将加剧。“如果你在污染条件下随着气候变暖,你得到更多的臭氧,”丹尼尔·雅各布斯说,大气化学教授在哈佛大学研究臭氧、空气污染,和甲烷。“三个原因:停滞和空气污染积累更多,导致臭氧的反应发生的速度变暖,和一氧化二氮(前体)在温度较长的寿命。“空气污染恶化气候变化有时被称为“气候点球。”
与此同时,大气中的甲烷水平自2006年以来一直在迅速增长,去年触及纪录高位。除了作为一种强效温室气体甲烷也是一个臭氧前体。
臭氧破坏植物比所有其他空气污染物结合,美国农业部说。
建立了良好的长期暴露在高臭氧水平是一种严重威胁人类健康,加剧心脏病和肺病的如哮喘和肺气肿,并导致出生体重下降。一项研究发现超过100万人过早死亡导致全球每年由高水平的臭氧。
研究还表明,作物和森林被破坏或被臭氧,无论是直接还是间接的,如臭氧使他们更容易受到昆虫、疾病和干旱。臭氧破坏植物比所有其他空气污染物相结合,根据美国农业部。气体将导致全球粮食产量大幅下降。最近的一个研究预计,到2050年小麦产量将下降13%,28%,大豆和玉米43%,因为气温上升和臭氧。
虽然很明显,臭氧可以在所有生物体造成损失,不研究,直到最近,看着它对生物多样性的影响。188金博网注册就送188然而,科学家认为,影响巨大。本月森林研究机构的国际联盟,一个全球网络的科学家,正在召开会议上空气污染对植物生态系统的威胁。臭氧是在列表的顶部。
在一个纸去年发表的,20个人员在欧洲和亚洲,包括Agathakleous,建模会发生什么生态系统在未来几十年里由于臭氧污染。他们认为会影响臭氧“植物群落的组成和多样性的影响关键生理特征”,会导致一连串的变化,减少生物多样性。188金博网注册就送188在他们的论文中,研究人员敦促官员考虑臭氧在努力保护和恢复生物多样性和表示它的影响应该被包括在评估大气污染和气候变化。188金博网注册就送188
左:布朗补丁马铃薯叶子上显示臭氧破坏的证据。右:荧光成像揭示了光合活性的差异之间的大豆叶子生长在健康的条件下(左)和那些生长在钱伯斯臭氧水平升高(右)。丹妮卡Lombardozzi / NCAR;
研究表明臭氧影响植物以各种各样的方式。
“植物的气孔,它麻痹”霍华德说这本书,阿巴拉契亚州立大学植物生态学家,“所以他们比他们在释放更多的水。“气孔表面的微观开口,树上的叶子与大气交换气体。臭氧层破坏和干扰的各种流程,包括光合作用。
臭氧也损害叶子和加速衰老。”叶子受伤,光合作用下降;植物使更少的糖,和更少的资源,“这本书说。”也会影响糖的运动,降低了根系生长,使它们更容易受到干旱和营养不良和疾病。”
臭氧破坏也可以改变的时机落叶和收缩叶大小,减少垃圾的数量和影响微生物群落生长在腐烂的树叶。凋落物和土壤中微生物的关键营养物质,帮助树木抵御疾病和用水效率。
臭氧也对土壤的影响影响根际——根系及其相关的微生物,真菌和其他生物。“当植物应对臭氧,它们消耗能量,“Agathokleous说。“当他们把那么多能量,减少提供土壤和生物体的化学成分可以影响。“少叶的营养价值也会影响动物的生命周期,以他们为食。
臭氧不是一个平等的机会污染物——一些植物非常容易受到有毒气体,其他的则并非如此。在美国,例如,黑樱桃、颤,白松是影响最大的物种之一。这些不同的影响背后的一个主要臭氧对生态系统的影响——它改变植物群落的组成和物种丰富度降低。某些种类的植物可能会减少或消失,而其他茁壮成长,因为他们不再有同样的竞争。昆虫和野生动物物种依赖这些植物也受到影响
烟雾遮蔽在尼泊尔加德满都山谷,在喜马拉雅山的山麓。弗兰克Bienewald / LightRocket通过盖蒂图片社
研究在加州圣伯纳第山脉已经表明,臭氧易感性增加森林野火,因为ozone-sensitive耐火种松树取而代之的是物种更容易燃烧。
化学方面的一个生态系统也经历了无数的变化由于臭氧。氮的气体会减少植物的叶子,例如,一个关键的驱动昆虫营养动力学。
臭氧改变了生物植物释放的挥发性有机化合物,异戊二烯和萜烯。这些化学物质是如何植物信号和其他植物,昆虫,和动物。昆虫和这些工厂排放的化学物质之间的关系,文章说,“非常复杂”,对生态系统功能至关重要。
一个纸例如,发现臭氧减少了花香味吸引传粉者。这些信使气味告诉蜜蜂和其他授粉花粉半英里外的地方有多少可用,质量,什么物种。但更高的臭氧水平退化的香,找到目标植物传粉者不太成功。最近的一次纸发现,臭氧也减少了传粉昆虫的嗅觉能力,减少检测花粉来源的能力。
专家说其他昆虫、哺乳动物和鸟类从臭氧可能受到有害的影响,就像人类一样。Agathokleous说研究不仅是重要的理解存在的威胁生物多样性但指导修复工作。188金博网注册就送188但无形的本质的威胁一直是一个障碍吸引必要的资金。
“气候变化可以看到或感觉到,无论是增加雨,干旱,或热,“Agathakleous说。“臭氧污染是一个隐藏的问题。它通常不能看到或感觉到。人们不注意他们看不到的东西。”
本文研究是支持的比尔车道中心的美国西部斯坦福大学。
