Rừng nhiệt đới là đồng minh trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Cây đang phát triển hấp thụ và lưu trữ carbon dưới dạng sinh khối gỗ. Do đó, tái trồng rừng trên những vùng đất từng bị chặt hạ để phục vụ khai thác gỗ, khai khoáng, sản xuất nông nghiệp được coi là một công cụ hữu hiệu để khóa chặt một lượng lớn phát thải carbon ở khắp Nam Mỹ.
Nhưng một nghiên cứu mới vừa được công bố trên tạp chí Nature Communications cho thấy khả năng khóa carbon của các khu rừng nhiệt đới phụ thuộc vào một nhóm cây có khả năng độc đáo – cố định đạm (cố định nitơ) từ khí quyển.
Nghiên cứu mô hình hóa cách thức hỗn hợp nhiều loài cây mọc trong rừng nhiệt đới sau một sự xáo trộn (chẳng hạn như chặt phá) ảnh hưởng đến khả năng cô lập carbon của rừng. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng sự hiện diện của các loại cây cố định đạm có thể tăng gấp đôi lượng carbon một khu rừng dự trữ trong 30 năm đầu tiên mọc lại. Khi trưởng thành, rừng có khả năng cố định đạm cô lập được lượng carbon nhiều hơn 10% rừng không có.
Sarah Batterman, nghiên cứu viên thuộc Cary Institute of Ecosystem Studies, đồng tác giả nghiên cứu giải thích: “Chúng tôi muốn dùng công trình này để hướng dẫn việc trồng lại rừng nhiệt đới nhằm tối ưu hóa khả năng hấp thụ và phục hồi carbon. Điều này đòi hỏi sự kết hợp các loại cây cần thiết để tối đa hóa lưu trữ dài hạn carbon trong khi vẫn chống chịu được các điều kiện khí hậu trong tương lai. Phát hiện của chúng tôi cho thấy cây cố định đạm là thành phần chính trong công thức tái trồng rừng”.
Thực vật cố định đạm hợp tác với các vi sinh vật trong đất để biến khí nitơ trong khí quyển thành một dạng nitơ có sẵn để cung cấp nhiên liệu cho sự phát triển của cây. Thông qua các tương tác này, các chất cố định đạm có khả năng tự làm cho đất trở nên màu mỡ. Sự thích nghi này mang lại lợi thế cho các loại đất nhiệt đới vốn nghèo đạm. Bên cạnh đó, thực vật cố định đạm cũng cung cấp chất màu cho những cây gần đó khi chúng rụng lá và trả lại đạm cho đất.
Cây cố định đạm khá phổ biến ở vùng nhiệt đới nhưng tương đối hiếm trong các khu rừng mới phục hồi. Các hạt lớn chứa nhiều chất dinh dưỡng của chúng thường được động vật hoang dã phát tán. Tuy nhiên, việc động vật phát tán hạt giống là một bất lợi trong giai đoạn đầu của quá trình tái sinh rừng, khi các loài động vật từng sống trong rừng chưa quay trở lại. Trồng cây cố định đạm trong nỗ lực tái trồng rừng có thể thúc đẩy phát triển rừng và tích lũy carbon.
Batterman chia sẻ: “Để hiểu được chức năng của cây cố định đạm trong rừng nhiệt đới, chúng ta cần tách biệt các tác động của chúng. Chúng tôi không thể làm điều đó trong một khu rừng thực sự vì thêm hoặc bớt cây sẽ làm thay đổi các khía cạnh khác của hệ sinh thái, chẳng hạn như lượng chiếu sáng, và như thế sẽ làm sai lệch các phát hiện. Cũng sẽ mất nhiều thập kỷ, thậm chí hàng thế kỷ để đo lường. Thay vào đó, chúng tôi đã phát triển một mô hình để định lượng các quá trình trong hệ sinh thái, như chu trình đạm ảnh hưởng đến tăng trưởng rừng và hấp thụ carbon”.
Sử dụng dữ liệu thu thập tại 112 khoảnh rừng nhiệt đới ở Panama (với dữ liệu về hơn 13.000 cây từ 5 đến 300 năm tuổi sau khi bị xáo trộn), nhóm nghiên cứu phát triển một mô hình thể hiện sự tương tác giữa đất, thực vật và chất dinh dưỡng theo quy mô từng cây riêng lẻ. Mô hình này giải thích sự cạnh tranh giữa các thực vật để có được ánh sáng và chất dinh dưỡng, chu kỳ dinh dưỡng giữa thực vật và đất, và sự cố định đạm ở cấp độ cây.
Cây được phân thành bốn nhóm đặc trưng cho các giai đoạn tái sinh rừng khác nhau, bao gồm các loài diễn thế sớm, giữa và muộn, cộng với các loài cố định đạm. Bằng cách thay đổi khả năng cố định đạm của cây cối trong mô hình, nhóm nghiên cứu dự đoán được tốc độ tích lũy carbon và lượng carbon có thể lưu trữ trong rừng.
Batterman giải thích: “Rừng có cây cố định đạm phát triển nhanh hơn trong giai đoạn đầu liên tiếp và có tiềm năng lưu trữ carbon cao hơn rừng không có cây cố định đạm. Chúng cũng phục hồi nhanh hơn khi bị xáo trộn”.
Để định lượng chu trình đạm trong rừng nhiệt đới, nhiều mô hình hiện có sử dụng các thông số trên toàn hệ sinh thái như bốc hơi nước và sản lượng sơ cấp ròng để ước tính dòng cố định đạm. Các mô hình này có xu hướng đánh giá quá mức lượng đạm trong hệ thống.
Tác giả chính Jennifer Levy-Varon thuộc Đại học Princeton cho biết: “Mô hình của chúng tôi là duy nhất bởi vì thay vì xem xét các quá trình trên toàn hệ sinh thái rồi sử dụng để ước tính dòng đạm, chúng tôi đang tính toán tỉ mỉ trên từng cây riêng lẻ. Điều này giúp chúng tôi hiểu chính xác hơn về sự đóng góp của các chất cố định đạm vào lượng đạm của rừng và quá trình cô lập carbon theo gót”.
Để đánh giá tầm quan trọng của cây cố định đạm trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nhóm sử dụng mô hình này để dự đoán lượng carbon được lưu trữ bổ sung trong những khu vực trồng rừng ở các nước nhiệt đới dựa trên diện tích được cam kết theo Bonn Challenge.
“Bonn Challenge là nỗ lực quốc tế nhằm tái trồng 350 triệu ha rừng vào năm 2030. Chúng tôi nhận thấy nếu đưa các cây cố định đạm vào những nỗ lực này thì các nước nhiệt đới có thể cô lập thêm 6,7 tỷ tấn CO2 trong 20 năm tới, tương đương tổng lượng khí CO2 thải ra ở Mỹ vào năm 2017 hoặc lái xe 15,6 nghìn tỷ dặm hoặc toàn bộ xe cộ ở Mỹ phát thải trong khoảng 5 năm”, theo Batterman.
Giáo sư Sinh thái học và Sinh học Tiến hóa thuộc Đại học Princeton Lars Hedin và là đồng tác giả nghiên cứu kết luận: “Mô hình này giúp chúng ta hiểu hơn về tầm quan trọng của rừng nhiệt đới trong chu trình carbon toàn cầu và vai trò của chúng trong việc loại bỏ khí nhà kính CO2 khỏi bầu khí quyển”.
Thế Anh (Theo EurekAlert)
