Nghiên cứu mới xem xét sự biến đổi của nước, carbon trong hệ sinh thái nông nghiệp Missouri và tác động trong tương lai đối với cây trồng

Tháp hiệp phương sai xoáy, một công cụ đo khả năng hô hấp của một hệ sinh thái, đặt ở Tucker Prairie, thảo nguyên cỏ cao nguyên sinh lớn nhất của Missouri. Nguồn: JeffreyWood.

Một trong những lý do chính mà thực vật sử dụng nước là để cho phép chúng hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển. Điều này có nghĩa là ở thực vật, chu trình nước và carbon được liên kết chặt chẽ với nhau. Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu từ Đại học Missouri và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) đã sử dụng nguyên tắc nền tảng này để xác định các biện pháp canh tác bền vững nhằm giúp các loại cây trồng chủ lực như ngô và đậu tương phát triển mạnh trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt đã trở nên phổ biến hơn ở miền Trung Tây.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Agriculture and Forest Meteorology.

Nghiên cứu này đã xem xét các phương thức canh tác ảnh hưởng đến khả năng phục hồi của cây trồng đối với biến đổi khí hậu như thế nào bằng cách kiểm tra sự thay đổi của nước và carbon trong ba hệ sinh thái tương phản: Hệ thống canh tác có cày xới như cách làm thông thường, hệ thống canh tác không cày xới có cây che phủ và hệ sinh thái thảo nguyên cỏ cao bản địa.

Nhà nghiên cứu thủy văn của USDA Adam Schreiner-McGraw nói: "Một trong những mục tiêu lớn chúng tôi gọi là nông nghiệp thông minh với khí hậu, nghĩa là sử dụng cây trồng để hấp thụ carbon trong không khí, cũng có nghĩa là cố gắng áp dụng các biện pháp canh tác giúp trang trại thích ứng với biến đổi khí hậu. Khi trời càng nóng, cây trồng càng căng thẳng hơn và điều đó có nghĩa là chúng thường có năng suất thấp hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu sự thích nghi và cách làm việc hướng tới các hệ sinh thái nông nghiệp bền vững hơn".

So sánh tốc độ thoát hơi nước - khi nước chuyển từ đất liền vào khí quyển - và trao đổi khí cacbonic cho thấy sự thú vị của các mô hình giữa các hệ sinh thái. Trong một phân tích dữ liệu được thu thập trong chu kỳ bốn năm qua, hệ sinh thái thảo nguyên bản địa có tỷ lệ thoát hơi nước cao hơn so với hệ thống canh tác được cày xới. Tuy nhiên, khi so sánh, tốc độ thoát hơi nước của đồng cỏ không khác nhiều so với tốc độ thoát hơi nước của hệ thống canh tác không làm đất. Hơn nữa, cả hai hệ thống cây trồng đều có lượng thực vật phát triển (nghĩa là hấp thụ carbon) cao hơn so với thảo nguyên bản địa.

Khu đất trồng cây đậu tương được đặt thiết bị “tháp thông lượng” hiệp phương sai xoáy. Nguồn: Jeffrey Wood.

Từ những phát hiện này, Schreiner-McGraw, làm việc tại Đơn vị Nghiên cứu chất lượng nước và hệ thống cây trồng của USDA thuộc Đại học Missouri, cho biết: Ngoài ra, vì hệ thống không làm đất có sự đa dạng về cây trồng nhất, bao gồm ngô, đậu nành, lúa mì và cỏ khô, nên nó có tỷ lệ thoát hơi nước thay đổi nhiều nhất. Schreiner-McGraw gọi hiện tượng này là các chiến lược quản lý nông nghiệp.

Hiểu được tốc độ thoát hơi nước thay đổi giúp các nhà khoa học cân nhắc liệu việc quản lý "có kế hoạch" có tác động lớn hơn đến ngân sách nước và carbon so với sự thay đổi thời tiết "không theo kế hoạch", có thể giúp dự đoán lượng nước và lượng carbon hấp thụ của cây trồng khi thời tiết khắc nghiệt trở nên tồi tệ hơn.

Jeffrey Wood, trợ lý giáo sư tại Trường Tài nguyên thiên nhiên thuộc Đại học Missouri, cho biết một cách khác để xây dựng sức đề kháng với môi trường là luân canh đa dạng các loại cây trồng trong thời gian dài. Khi biến động khí hậu gia tăng - đối với Missouri, đó là mùa đông ấm hơn, ẩm ướt hơn và mùa hè khô hơn với lượng mưa ít hơn - việc hiểu cách tốt nhất để hỗ trợ cây trồng thích nghi và loại cây trồng nào nên trồng vào thời điểm nào trong năm ngày càng trở nên cần thiết.

"Công việc chúng tôi làm góp phần vào sự hợp tác vì tất cả chúng tôi đều chia sẻ dữ liệu trong một mạng cộng đồng", Wood nói. "Mọi người luôn sẵn sàng chia sẻ ý tưởng, điều này giúp dễ dàng làm việc cùng nhau và đóng góp cho nghiên cứu mở rộng trong phạm vi từ những vấn đề mà một nhà nghiên cứu có thể đang giải quyết tại địa phương đến những vấn đề mà người khác có thể gặp phải trên quy mô lớn hơn".

Huỳnh Thị Đan Anh theo Phys.org