Cảnh báo thực vật giảm quang hợp khi Trái đất nóng lên
Khả năng thích nghi của cây nhiệt đới với tình trạng nóng lên có thể bị hạn chế vì chúng đã tiến hóa trong điều kiện khí hậu tương đối ổn định.
Ở bờ biển phía đông của Úc, tại vùng nhiệt đới Bắc Queensland, có rừng nhiệt đới Daintree – nơi mật độ cây cối tạo thành một khối xanh gần như không thể xuyên thủng.
Bước vào khu rừng có thể giống như bước ngược thời gian. Nơi đây tồn tại nhiều họ thực vật cổ xưa có niên đại từ siêu lục địa cổ đại Gondwana. Không khí ấm áp và ẩm ướt, mang theo mùi đất của lá và đất ướt. Ánh sáng mặt trời xuyên qua tán cây rậm rạp thành những tia sáng rải rác, trong khi dương xỉ và cây con như trải thảm trên nền rừng.
Lá phổi của Trái đất đã không ổn khi nhiệt độ tăng
Daintree và các khu rừng nhiệt đới khác, gồm cả những khu rừng ở Amazon, lưu vực Congo và Đông Nam Á, được gọi là "lá phổi" của Trái đất. Chúng hấp thụ carbon dioxide từ không khí đồng thời giải phóng hơi nước và oxy thông qua quá trình quang hợp – quá trình thực vật hấp thụ carbon dioxide và cố định năng lượng.
Do đó, tán lá của chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu toàn cầu – và làm giảm tình trạng nóng lên toàn cầu. Nhưng nghiên cứu gần đây của Giảng viên cao cấp Kristine Crous từ Khoa Khoa học và Viện Môi trường Hawkesbury, Đại học Western Sydney và nhà thực vật học Kali Middleby từ Đại học James Cookcho thấy nhiệt độ tăng cao sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng quang hợp của rừng nhiệt đới. Điều này sẽ cản trở khả năng hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển của chúng, làm giảm vai trò của chúng trong việc giảm thiểu tình trạng nóng lên toàn cầu và làm trầm trọng thêm tình trạng biến đổi khí hậu.
Khả năng thích nghi với các môi trường khác nhau của thực vật (còn được gọi tắt là thích nghi) là một chiến lược quan trọng để chúng đối phó với một thế giới đang thay đổi. Thực vật có thể thích nghi một cách năng động với môi trường của chúng. Khi được làm ấm, chúng có thể điều chỉnh quá trình quang hợp để hoạt động hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao hơn một chút. Điều này cho phép chúng duy trì hoặc thậm chí tăng lượng hấp thụ carbon trong những điều kiện mới này.
Tuy nhiên, khả năng thích nghi của cây nhiệt đới với tình trạng nóng lên có thể bị hạn chế vì chúng đã tiến hóa trong điều kiện khí hậu tương đối ổn định. Do đó, chúng đã ở gần giới hạn trên của nhiệt độ mà chúng có thể chịu được mà không bị hư hại.
Kết quả đáng ngại trong thí nghiệm làm ấm lá cây rừng nhiệt đới
Để kiểm tra lý thuyết này, hai nhà khoa học đã thiết lập một thí nghiệm trong rừng nhiệt đới Daintree, tập trung vào những cây nhiệt đới cao từ 15 đến 30 mét.
Các là cây được đặt trong hộp nhựa để đo mức độ quang hợp
Sử dụng cần cẩu để tiếp cận ngọn cây, họ đã lắp đặt các hộp sưởi tùy chỉnh để sưởi ấm lá từ bốn loài cây trưởng thành lên 4°C – nhiệt độ tăng dự kiến đối với các khu vực nhiệt đới vào năm 2100. Nhiệt độ lá được đo trong suốt quá trình thử nghiệm và sử dụng thuật toán kiểm soát phản hồi để duy trì nhiệt độ ổn định.
Thí nghiệm kéo dài tám tháng, trở thành một trong những thí nghiệm sưởi ấm lá tại chỗ lâu nhất trong một khu rừng nhiệt đới trưởng thành. Bằng cách so sánh phản ứng sinh lý của lá ấm với phản ứng của lá không ấm, họ mô tả được bức tranh thực tế về cách lá cây nhiệt đới có thể phản ứng với sự nóng lên của khí hậu trong tương lai.
Nghiên cứu trên đã phát hiện ra rằng sự nóng lên làm giảm quá trình quang hợp ở tất cả các loài. Tốc độ quang hợp giảm trung bình 35% ở lá ấm so với lá đối chứng không ấm. Sự suy giảm này là do hai yếu tố chính.
Đầu tiên, các lỗ khí trên lá, gọi là khí khổng, cho phép carbon dioxide đi vào và nước thoát ra, đã đóng lại nhiều hơn để phản ứng với không khí khô hơn xung quanh lá ấm hơn. Thứ hai, nhiệt độ ấm hơn đã cản trở các enzyme cần thiết cho quá trình quang hợp, làm giảm khả năng cố định carbon của chúng.
Ngay cả sau 8 tháng ấm lên, khả năng thích nghi với nhiệt độ cao hơn của cây vẫn không tiến triển. Chúng không cải thiện khả năng quang hợp hiệu quả ở nhiệt độ cao, cũng không thay đổi nhiệt độ tối đa mà quá trình quang hợp có thể duy trì. Từ đó, hai nhà khoa học tin rằng những cây này có thể đã hoạt động gần với giới hạn nhiệt của chúng.
Phát hiện của hai nhà khoa học về việc hấp thụ carbon giảm và mất nước giảm do khí khổng đóng lại do nhiệt độ ấm hơn có ý nghĩa quan trọng đối với chu trình nước toàn cầu. Trong khi khí khổng đóng lại có thể hạn chế lượng nước giải phóng vào khí quyển, thì bầu không khí khô hơn đồng thời hút nhiều độ ẩm hơn từ cây, tạo ra một động lực phức tạp. Phản ứng của rừng nhiệt đới đối với sự nóng lên chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến chu trình nước, nhưng tác động tổng thể vẫn chưa chắc chắn.
Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra những tác động bất lợi của biến đổi khí hậu đối với các hệ sinh thái nhiệt đới, gồm bầu khí quyển ấm hơn và khô hơn. Các môi trường nhiệt đới vùng đất thấp đã gần đến giới hạn sinh lý cho quá trình quang hợp. Điều này khiến cây cối không còn nhiều không gian để thích nghi với nhiệt độ tăng cao và điều kiện khô hơn.
Kết hợp với các dự đoán về sự nóng lên và khô hạn từ các mô hình khí hậu, các nghiên cứu này chỉ ra rằng rừng nhiệt đới ít có khả năng phục hồi hơn dưới tác động của biến đổi khí hậu, làm suy yếu vai trò của chúng như lá phổi của Trái đất.
Bảo vệ đa dạng sinh học của rừng nhiệt đới mang lại hy vọng
Tuy nhiên, đa dạng sinh học của rừng nhiệt đới mang lại một số hy vọng, vì không phải tất cả các loài đều dễ bị tổn thương như nhau. Nghiên cứu gần đây cho thấy các loài phát triển nhanh ít bị ảnh hưởng bởi sự nóng lên so với các loài phát triển chậm. Mặc dù điều này rất hứa hẹn, nhưng điều quan trọng cần nhớ là các loài sống lâu hơn đóng vai trò quan trọng nhất trong việc lưu trữ carbon lâu dài.
Những phát hiện này làm nổi bật tính cấp thiết của việc bảo vệ rừng nhiệt đới và hạn chế mức độ nóng lên toàn cầu do khí thải carbon dioxide. Các chiến lược bảo tồn nên tập trung vào việc duy trì đa dạng sinh học để tăng cường khả năng phục hồi và xác định các loài có tiềm năng thích nghi cao hơn trong thế giới nóng lên.
