Sau 9.000 năm canh tác, lúa đã đạt đến giới hạn chịu nhiệt của nó

Ruộng bậc thang ở Vân Nam, Trung Quốc. Nguồn: Jialiang Gao.

Lúa gạo từ lâu đã là một loại cây ưa nhiệt. Trên thực tế, tổ tiên hoang dã của lúa thuần ngày nay từng chủ yếu mọc trên các bán đảo Mã Lai và Đông Dương nóng ẩm, nhiều mưa cũng như các đảo ở Đông Nam Á. Mãi đến khi khí hậu Trái đất ấm lên sau kỷ băng hà cuối cùng, lúa hoang dã mới lan rộng đáng kể vào miền trung Trung Quốc và Nam Á, nơi nó được con người thuần hóa một cách độc lập trong hai sự kiện được cho là quan trọng nhất trong lịch sử loài người.

Lúa gạo đã nuôi sống nhiều nền văn minh sơ khai và vẫn là nguồn thực phẩm gần như không thể thiếu trong thế giới hiện đại. Ngày nay, một nửa số người trên thế giới nhận được 20% lượng calo từ gạo, và hơn một tỷ người phụ thuộc vào sản xuất và phân phối gạo để mưu sinh.

Trái đất ấm lên đe dọa ngành lúa gạo

Điều đó có thể sắp thay đổi. Các nhà khoa học cảnh báo rằng trong 50 năm tới, sự nóng lên toàn cầu do phát thải khí nhà kính sẽ tăng tốc với tốc độ nhanh gấp 5.000 lần so với tốc độ mà lúa và nhiều loài cây trồng khác từng phải đối mặt trong suốt lịch sử tiến hóa của chúng.

Nếu để tự nhiên, ngay cả lúa – với đặc tính ưa nhiệt – cũng gần như chắc chắn không thể thích nghi được. Với sự trợ giúp của con người, những người cẩn thận lai tạo và chỉnh sửa gen để tạo ra các giống mới có thể có khả năng thích ứng. Nhưng, theo Nicolas Gauthier, người phụ trách trí tuệ nhân tạo tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Florida, kịch bản tốt nhất cũng không phải là điều mà ai cũng mong muốn.

Gauthier là tác giả chính của một nghiên cứu mới trên tạp chí Communications Earth & Environment, kết hợp dữ liệu từ nhiều lĩnh vực khoa học để dự đoán tương lai có thể xảy ra đối với cây lúa – hoặc sự thiếu hụt lúa – trong một thế giới đang ấm lên nhanh chóng. Ông phát biểu: "Những thay đổi này sẽ gây xáo trộn, và quá trình thích nghi không hề dễ dàng. Nó phải được thực hiện một cách có chủ đích và có thể không dễ chịu".

Đó là triển vọng khá ảm đạm, Gauthier cho biết: "Các khu vực phía nam, như Indonesia và Malaysia, là những khu vực sẽ bị ảnh hưởng nặng nề nhất, và quá trình thích ứng sẽ bỏ lại nhiều người phía sau. Những người phụ thuộc vào lúa gạo để sinh sống ngày nay không nhất thiết là những người sẽ có thể tiếp cận các giống lúa mới được phát triển".

Sự thích nghi của cây lúa với khí hậu lạnh hơn

Mối đe dọa đối với an ninh lương thực do sự nóng lên toàn cầu gây ra rất đa diện, và trong trường hợp của cây lúa, nó liên quan đến một lịch sử thích nghi lâu dài theo hướng ngược lại với nhiệt độ, hướng tới khí hậu lạnh hơn.

Cây lúa ban đầu được thuần hóa ở lưu vực sông Dương Tử ở miền trung Trung Quốc từ 7.000 đến 9.000 năm trước, khi nhiệt độ ôn hòa và mưa thường xuyên cho phép con người phát triển các xã hội nông nghiệp trên khắp thế giới. Mạng lưới thương mại kết nối các xã hội này như sợi nấm, và các giống lúa ban đầu nằm trong số nhiều mặt hàng được vận chuyển dọc theo các mạng lưới này.

Dựa trên bằng chứng khảo cổ học, các trang trại lúa ở Trung Quốc đã mở rộng về phía bắc và phía đông dọc theo dòng sông Hoàng Hà và về phía tây vào nội địa Trung Quốc bắt đầu từ khoảng 5.000 năm trước và tiếp tục trong một thiên niên kỷ. Sau đó, khoảng 4.200 năm trước, một thời kỳ lạnh đột ngột và hạn hán đã xảy ra ở phần lớn lục địa Á-Âu, khiến một số nền văn minh—bao gồm Đế chế Akkad và Vương quốc Ai Cập cổ đại - suy tàn.

Nông dân trồng lúa ở Trung Quốc đã thích nghi bằng cách trồng các giống lúa mới có khả năng chịu được nhiệt độ lạnh hơn. Sự xuất hiện của các giống lúa chịu lạnh mới này cuối cùng đã cho phép sản xuất lúa gạo lan rộng sang các vùng có khí hậu ôn hòa hơn, chẳng hạn như Hàn Quốc và Nhật Bản.

Tại sao nhiệt độ cao lại là rào cản khó khăn hơn?

Ngược lại, việc chuyển đổi từ khí hậu lạnh sang khí hậu nóng có thể liên quan đến nhiều hơn là việc cây trồng đẩy nhanh tiến độ phát triển của nó.

Gauthier nói: "Bạn không thấy sự linh hoạt đó ở vùng khí hậu nóng vì đến một lúc nào đó, cây sẽ ngừng hoạt động về mặt vật lý".

Ví dụ, nếu bạn chuyển đến một ngôi nhà ở phía bắc Vòng Bắc Cực, bạn có thể bù đắp cho mùa đông dài hơn bằng cách ở trong nhà phần lớn thời gian trong năm và ở ngoài trời càng lâu càng tốt trong những ngày hè nắng đẹp kéo dài 20 tiếng. Nhưng nếu bạn chuyển đến một nơi có mùa hè quá nóng, bạn có thể bị say nắng. Dành cả mùa hè trong nhà có thể là một lựa chọn cho bạn, nhưng lúa nhận được tất cả chất dinh dưỡng từ việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và không có lựa chọn trú ẩn như con người.

Lập bản đồ giới hạn nhiệt độ của cây lúa

Gauthier muốn biết ngưỡng nhiệt độ tối đa mà các giống lúa hiện đại không thể vượt qua. Hợp tác với các đồng nghiệp từ Đại học New York và Đại học Washington, Gauthier đã kết hợp các bằng chứng khảo cổ và thực vật học, bao gồm ảnh vệ tinh, hồ sơ nông nghiệp và dữ liệu mẫu vật thực vật, để tìm ra nơi trồng lúa trong lịch sử và nơi trồng hiện nay.

Điều này đã tạo ra một bản đồ mà họ có thể thêm vào các dự báo khí hậu hiện tại, lịch sử và tương lai. Sử dụng bản đồ này, họ xác định rằng ngày nay lúa được trồng gần như hoàn toàn ở những khu vực có nhiệt độ trung bình hàng năm dưới 82°F và nhiệt độ tối đa trung bình hàng tháng dưới 104°F. Điều này phù hợp với dữ liệu từ các nghiên cứu khác cho thấy lúa bắt đầu có dấu hiệu bị căng thẳng do nhiệt ở bất kỳ nhiệt độ nào trên 91°F.

Với dữ liệu cơ sở này, các tác giả đã sử dụng hiện vật từ 803 địa điểm khảo cổ để theo dõi sự di chuyển của cây lúa trong lịch sử và xác định sự trùng khớp với nhiệt độ trong quá khứ. Kết quả cho thấy, trong suốt 9.000 năm canh tác, lúa chưa bao giờ được trồng ở vùng nào có nhiệt độ trung bình hàng năm trên 82°F (khoảng 28°C). Có một vài địa điểm khảo cổ ở miền bắc Ấn Độ và Pakistan có nhiệt độ tối đa trung bình hàng tháng vượt quá 104°F (khoảng 40°C), nhưng xét đến khí hậu khô hạn của những vùng này, các tác giả lưu ý rằng thương mại đường dài có thể là lời giải thích hợp lý hơn về việc lúa gạo xuất hiện ở những địa điểm đó, thay vì được trồng ở đó.

Do đó, 104°F dường như là ngưỡng giới hạn, và bất kỳ nhiệt độ trung bình hàng năm nào trên 82°F (khoảng 28°C) đều vượt quá ngưỡng này.

Các điểm nóng tương lai và tình trạng mất an ninh lương thực

Cuối cùng, các tác giả đã dự báo nhiệt độ toàn cầu trong tương lai bằng cách sử dụng các mô hình khí hậu để xem lúa có thể phát triển ở đâu trong thế kỷ tới. Kết quả cho thấy, đến năm 2070, gần như toàn bộ khu vực trồng lúa phía nam, từ Ấn Độ đến Malaysia, sẽ có nhiệt độ trung bình hàng năm trên 82°F (khoảng 28°C). Nhiệt độ trung bình hàng tháng tối đa trên 104°F (khoảng 40°C) trong những tháng nóng nhất trong năm được dự báo ở hầu hết Ấn Độ, cũng như một số vùng của Trung Quốc và Trung Đông.

Ấn Độ đã trở thành quốc gia sản xuất gạo hàng đầu thế giới, danh hiệu trước đây thuộc về Trung Quốc, sau khi sản xuất gần 150 triệu tấn gạo. Nếu bất cứ điều gì đột ngột và tiêu cực ảnh hưởng đến khả năng trồng lúa của Ấn Độ, nạn đói hàng loạt sau đó sẽ là một khả năng rất thực tế.

Theo các mô hình biến đổi khí hậu "kinh doanh như thường lệ", trong đó các quốc gia không thể cùng nhau giảm đáng kể lượng khí thải nhiên liệu hóa thạch, người trồng lúa và người tiêu dùng chỉ còn khoảng 50 năm để chuẩn bị cho điều tồi tệ nhất. Phần lớn công tác chuẩn bị và thích nghi đó có thể sẽ bao gồm việc trồng các giống lúa nhiệt đới ở những vùng hiện nay có khí hậu ôn đới hơn và trồng các giống lúa ôn đới ở vĩ độ cao hơn so với khả năng hiện tại. Nhưng ngay cả khi điều này ngăn chặn được nạn đói, Gauthier cảnh báo, quá trình này vẫn sẽ vô cùng khó khăn và tác động của nó sẽ không đồng đều.

"Xét trên quy mô tổng thể, có thể tính theo trọng lượng, tất cả lượng gạo không thể trồng được ở Đông Nam Á có thể được trồng ở Trung Quốc thay thế, nhưng điều đó không làm thay đổi tác động đối với người dân Đông Nam Á, những người không thể bắt đầu trồng một vụ mùa mới từ đầu".

Các đồng tác giả khác của nghiên cứu là Ornob Alam và Michael Purugganan thuộc Đại học New York và Jade d'Alpoim Guedes thuộc Đại học Washington.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org