Обнаружение приземного озона на ранних стадиях может помочь предотвратить повреждение винограда и яблок

Материаловеды под руководством Триши Эндрю из Массачусетского университета в Амхерсте сообщают, что изменение климата приводит к росту концентраций озона на поверхности почвы в полях и садах, что вызывает необратимое повреждение растений, снижение урожайности и угрожает продовольственной безопасности.

Как пишут соавторы Джей Джун Ким и Руолань Фан в журнале Science Advances, метод их лаборатории по нанесению проводящих полимерных «татуировок» на листья растений позволяет точно обнаруживать и измерять повреждения озоном даже при низких уровнях воздействия. Эти устойчивые полимерные сенсоры позволяют проводить частое и долгосрочное наблюдение за клеточными повреждениями от озона у экономически важных культур, таких как виноград и яблоки. Приземный озон может образовываться, например, при взаимодействии нитратов из удобрений с солнечным светом.

«С изменением климата уровень озона будет расти, и этот новый сенсор может быть чрезвычайно полезен, чтобы помочь фермерам действовать до того, как повреждения станут заметны глазу», — говорит виноградарь Эльза Пети, консультировавшая команду химиков. Снизить воздействие приземного озона можно с помощью раннего обнаружения и обработки поверхности почвы порошками угля или цеолита.

Проводящая полимерная плёнка PEDOT толщиной всего 1 микрон не мешает проникновению солнечного света и не вредит листьям. Для тестирования ранних повреждений озоном учёные используют портативный импедансный спектрометр. При контакте с электродом-татуировкой прибор считывает зависимость электрического сопротивления от частоты, которая меняется при окислительном повреждении озоном.

«Визуальные повреждения от озона выглядят точно так же, как если бы растение мало поливали или оно получило слишком много солнца. Этот проект стал для нас интеллектуально интересным, когда мы увидели, что "озоновая" сигнатура на показаниях прибора сильно отличается от сигнатур засухи или УФ-повреждения», — поясняет Эндрю.

Учёные надеются, что их изобретение смогут использовать фермеры, размещая несколько «растений-индикаторов» среди посевов для периодического мониторинга уровня озона в почве. Это особенно актуально для культур, требующих много солнца и удобрений, таких как дыни, виноград и плодовые деревья.