Mô hình mới giúp dự báo khả năng chống chịu của hệ sinh thái trước biến đổi khí hậu

Các ô thí nghiệm trên đồng cỏ tại Khu bảo tồn Khoa học Hệ sinh thái Cedar Creek. Nguồn: Đại học Minnesota.

Một báo cáo gần đây của Cơ quan Kiểm soát Ô nhiễm bang Minnesota cho thấy biến đổi khí hậu có thể khiến người dân bang này thiệt hại hơn 20 tỷ USD mỗi năm đến năm 2040. Đây chỉ là một phần thiệt hại ở cấp địa phương của một vấn đề mang tính toàn cầu. Sự ổn định của hệ sinh thái đóng vai trò thiết yếu đối với nông nghiệp, lâm nghiệp, nhà ở an toàn và cơ sở hạ tầng, lưu trữ carbon cùng nhiều lĩnh vực khác. Tuy nhiên, việc xác định hệ sinh thái nào dễ bị tổn thương nhất trước các cú sốc khí hậu vẫn là một thách thức lớn. Việc dự đoán trước tác động của biến đổi khí hậu và khả năng phục hồi của hệ sinh thái sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu những gián đoạn về kinh tế và đời sống xã hội.

Khi đợt hạn hán cực đoan xảy ra tại miền trung bang Minnesota vào năm 2021, đây là đợt khô hạn nghiêm trọng đầu tiên sau gần một thập kỷ trong chuỗi gần 30 năm quan trắc tại Khu bảo tồn Khoa học Hệ sinh thái Cedar Creek, một nhóm các nhà sinh thái học đã có sẵn dự báo về mức độ phản ứng của từng ô thí nghiệm trên đồng cỏ. Kết quả cho thấy các dự báo này chỉ sai lệch khoảng 3% so với thực tế.

Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature là một trong những nghiên cứu đầu tiên cho thấy dữ liệu dài hạn về biến động tự nhiên của hệ sinh thái có thể được sử dụng để dự báo mức độ chống chịu trước hiện tượng khí hậu cực đoan trong tương lai. Trước đây, các nhà sinh thái học chủ yếu chỉ đánh giá phản ứng của hệ sinh thái sau khi các sự kiện này đã xảy ra.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình toán học mô tả mối liên hệ giữa bốn khía cạnh của tính ổn định hệ sinh thái. “Khả năng chống chịu” phản ánh mức độ hệ sinh thái duy trì trạng thái ổn định khi chịu tác động của các biến động như hạn hán. “Khả năng phục hồi” thể hiện tốc độ hệ sinh thái trở lại trạng thái bình thường sau đó. “Tính ổn định theo thời gian” mô tả mức độ hệ sinh thái duy trì trạng thái tương đối ổn định qua nhiều năm. “Khả năng phục hồi sau nhiễu động” cho biết mức độ hệ sinh thái trở lại gần trạng thái bình thường ngay sau khi xảy ra nhiễu động. Mối liên hệ giữa các khía cạnh này vẫn là vấn đề còn bỏ ngỏ kể từ thập niên 1980.

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng:

• Sử dụng dữ liệu ổn định về hệ sinh thái giai đoạn 1996-2020, các nhà khoa học có thể dự báo khả năng chống chịu hạn hán ở cấp hệ sinh thái với sai số trung bình khoảng 3%.

• Tính ổn định dài hạn của hệ sinh thái chủ yếu được quyết định bởi khả năng chống chịu trước các nhiễu động ngắn hạn. Trong khi đó, khả năng phục hồi sau nhiễu động của hệ sinh thái lại phụ thuộc nhiều hơn vào tốc độ phục hồi.

• Hai thành phần này không thể thay thế cho nhau: Một hệ sinh thái không thể đánh đổi khả năng chống chịu để đổi lấy tốc độ phục hồi nhanh hơn mà không gây ảnh hưởng đến tính ổn định theo thời gian và khả năng phục hồi sau nhiễu động của nó.

• Tính ổn định dài hạn của hệ sinh thái trong suốt hơn 25 năm có thể được dự báo dựa trên khả năng chống chịu của hệ sinh thái trước một đợt thời tiết ẩm ướt cực đoan xảy ra vào năm 2002.

Mô hình này có thể hỗ trợ các nhà quản lý đất đai và nông dân chủ động giảm thiểu những tác động nghiêm trọng của hạn hán và thời tiết cực đoan.

“Trong nhiều năm qua, các nhà sinh thái học thường đánh giá phản ứng của hệ sinh thái sau khi xảy ra hạn hán và các hiện tượng khí hậu cực đoan khác”, ông Forest Isbell, tác giả chính và là phó giáo sư tại Trường Khoa học Sinh học thuộc Đại học Minnesota cho biết. “Điều đáng chú ý là chúng ta đã bắt đầu có thể dự báo hệ sinh thái nào có khả năng chống chịu tốt hơn trước các đợt hạn hán trong tương lai ngay cả trước khi chúng xảy ra, qua đó hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý và hoạch định trong tương lai”.

Tuy nhiên, mô hình này vẫn cần được tiếp tục hoàn thiện trên nhiều loại hệ sinh thái khác nhau. Độ chính xác của dự báo phụ thuộc vào việc xác định đúng những dạng nhiễu động quan trọng nhất đối với từng hệ thống cụ thể, đồng thời phương pháp này cần được kiểm chứng thêm trên các hệ sinh thái rừng, hệ thống nông nghiệp và các hệ sinh thái khác ngoài đồng cỏ. Các dự báo cũng cho kết quả tốt nhất ở quy mô hệ sinh thái. Dự báo đối với từng loài riêng lẻ kém tin cậy hơn và cần ít nhất 17 năm dữ liệu để các dự báo ở cấp hệ sinh thái đạt đủ độ tin cậy về mặt thống kê.

Dù vậy, các kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt động giám sát sinh thái dài hạn mang lại giá trị thực tiễn không chỉ trong việc ghi nhận những biến động trong quá khứ mà còn giúp định hướng các chiến lược thích ứng với biến đổi khí hậu trong tương lai. Nếu tiếp tục được hoàn thiện, mô hình này có thể góp phần nâng cao khả năng chống chịu của các hệ sinh thái rừng, đồng cỏ, hệ thống canh tác và môi trường thủy sinh.

 “Dữ liệu sinh thái dài hạn thường được xem như hồ sơ ghi lại quá khứ”, Isbell cho biết. “Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy những dữ liệu này cũng có thể giúp chúng ta dự báo và chuẩn bị cho tương lai”.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Đại học Minnesota.