Trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, các khu rừng đóng một vai trò không thể thiếu. Chúng hoạt động như những "lá phổi" khổng lồ, hút khí carbon dioxide (CO₂) ra khỏi khí quyển và lưu trữ phần lớn trong thân, cành và rễ. Giới khoa học từ lâu đã tin rằng, khi nồng độ CO₂ trong khí quyển tăng lên, quá trình quang hợp của cây cối sẽ được thúc đẩy, dẫn đến việc chúng phát triển nhanh hơn và lưu trữ được nhiều carbon hơn trong thời gian dài.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Science Advances cho thấy mối quan hệ này phức tạp hơn chúng ta tưởng. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, cây sồi vẫn tiếp tục hấp thụ CO₂ rất lâu sau khi quá trình tăng trưởng hàng năm của chúng đã kết thúc. Phát hiện này thách thức một giả định then chốt rằng tốc độ quang hợp cao hơn sẽ tự động dẫn đến sự tăng trưởng mạnh mẽ hơn của cây. Nếu cây cối tiếp tục hấp thụ carbon mà không biến phần lớn trong số đó thành gỗ mới, lượng carbon được giữ lại trong dài hạn có thể sẽ ít hơn so với các mô hình khí hậu hiện tại dự đoán.
Khi quang hợp và tăng trưởng không còn là đôi bạn đồng hành
Quá trình quang hợp là cách thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi CO₂ và nước thành đường, đồng thời giải phóng oxy. Lượng carbon được giữ lại bên trong cây, nhưng không phải tất cả đều được dùng để tạo ra gỗ.
Một phần carbon đó sẽ trở thành mô gỗ trong thân, cành và rễ, nơi nó có thể được lưu trữ trong hàng chục, hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm. Phần còn lại được dùng để tạo ra lá và quả, được lưu trữ tạm thời dưới dạng tinh bột, hoặc được chuyển hóa thành các hợp chất giải phóng vào đất để nuôi dưỡng cộng đồng vi sinh vật, cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng và giúp cây chống lại bệnh tật.
Vì gỗ có khả năng lưu trữ carbon trong thời gian rất dài, việc hiểu được bao nhiêu phần trăm carbon thu được qua quang hợp cuối cùng trở thành sinh khối gỗ là yếu tố cực kỳ quan trọng để ước tính vai trò của các khu rừng trong việc làm chậm biến đổi khí hậu.
“Việc hiểu rõ mối liên hệ giữa quang hợp và tăng trưởng là rất quan trọng để có thể dự báo khả năng lưu trữ carbon của các khu rừng trong dài hạn”, nhà khoa học Mukund Palat Rao, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà khí hậu sinh thái tại Đài quan sát Trái đất Lamont-Doherty thuộc Trường Khí hậu Columbia, cho biết.
Theo dõi từng nhịp thở của cây
Trước đây, các nhà khoa học đã nghi ngờ rằng việc hấp thụ carbon và sự tăng trưởng của cây không phải lúc nào cũng diễn ra đồng bộ, nhưng lại có quá ít các quan sát chi tiết để hiểu đầy đủ tại sao.
Để làm sáng tỏ vấn đề này, ông Rao và các đồng nghiệp đã kết hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Họ phân tích hình ảnh vệ tinh có khả năng phát hiện hoạt động quang hợp tại 137 khu rừng sồi trên khắp miền đông Hoa Kỳ và California. Họ cũng sử dụng các thiết bị đo nồng độ CO₂ trong tán lá cây hàng giờ, và các cảm biến gắn vào thân cây để theo dõi những thay đổi cực nhỏ về kích thước thân cây trong ngày. (Cây có xu hướng phình ra vào ban đêm khi rễ hút nước, sau đó co lại một chút vào ban ngày khi chúng thoát hơi nước, và quỹ đạo dài hạn của quá trình này chính là sự tăng trưởng.) Nhóm nghiên cứu cũng kết hợp các ghi chép từ vòng cây và dữ liệu nhiệt độ kéo dài từ năm 1950 đến nay.
Tất cả những bộ dữ liệu này đã cung cấp một bức tranh chi tiết về hoạt động quang hợp, hấp thụ carbon và sự tăng trưởng của cây ở cấp độ hàng ngày.
Sự "lệch pha" đáng kinh ngạc
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra một sự tách biệt rõ ràng giữa tăng trưởng và quang hợp.
Tại các khu vực ở miền đông Hoa Kỳ, cây sồi thường phát triển từ tháng Năm đến tháng Bảy, nhưng lại tiếp tục quang hợp cho đến tận tháng Mười. Khoảng 36% tổng lượng carbon mà chúng hấp thụ hàng năm diễn ra sau khi quá trình tăng trưởng đã dừng lại vào cuối mùa hè.
Những cây sồi ở California cũng cho thấy một mô hình tương tự, dù lịch trình theo mùa có khác biệt. Sự tăng trưởng thường diễn ra từ tháng Mười hai đến tháng Tư, sau đó chậm lại vào giữa mùa hè và kết thúc vào tháng Tám, mặc dù quá trình quang hợp vẫn tiếp diễn. Khoảng 26% lượng carbon hấp thụ hàng năm của cây diễn ra sau khi chúng đã ngừng lớn.
Theo ông Rao, lời giải thích cho hiện tượng này khá đơn giản. Sự tăng trưởng của cây phụ thuộc vào áp suất nước bên trong, và áp suất này giảm rất nhanh trong điều kiện khô và nóng.
“Ngay khi thời tiết trở nên khô và nóng, hoạt động tăng trưởng gần như dừng lại ngay lập tức, trong khi quá trình quang hợp dường như vẫn tiếp tục với tốc độ giảm nhẹ”, ông cho biết.
Số phận của lượng carbon "dư thừa" và những câu hỏi bỏ ngỏ
Vậy, điều gì sẽ xảy ra với lượng carbon được hấp thụ sau khi cây đã ngừng lớn?
Một phần trong số đó được cây dự trữ để cung cấp năng lượng cho sự phát triển khi mùa sinh trưởng tiếp theo bắt đầu. Phần còn lại được dùng để tạo ra rễ và lá mới, hoặc được oxy hóa để duy trì hoạt động của các tế bào sống qua mùa đông.
Các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết chính xác bao nhiêu phần trăm trong số carbon "dư thừa" này cuối cùng sẽ trở thành sinh khối gỗ lưu trữ dài hạn, và bao nhiêu sẽ quay trở lại khí quyển trong thời gian ngắn hơn. Tuy nhiên, những phát hiện này cho thấy rằng, các dự báo về việc các khu rừng sẽ phát triển lớn hơn và lưu trữ nhiều carbon hơn đáng kể trong một thế giới ấm hơn và giàu CO₂ có thể cần phải được xem xét lại.
Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy rằng, sự tách biệt giữa quang hợp và tăng trưởng càng trở nên rõ rệt hơn trong những năm thời tiết địa phương có sự biến động mạnh giữa các giai đoạn ẩm ướt và khô hạn bất thường. Do biến đổi khí hậu được dự báo sẽ làm tăng sự biến động này ở nhiều khu vực, mô hình này có thể sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai.
Nhà khoa học Rao và các đồng nghiệp hiện đang tiếp tục điều tra xem liệu các mô hình tương tự có xảy ra ở các loài cây khác, các hệ sinh thái rừng khác và các vùng khí hậu khác hay không. Ông cho rằng mức độ tách biệt giữa quang hợp và tăng trưởng sẽ khác nhau ở các khu rừng khác nhau, nhưng vẫn còn rất nhiều câu hỏi chưa có lời giải đáp.
“Tôi thực sự chưa có câu trả lời. Vẫn còn rất nhiều câu hỏi cần được giải quyết”.
