Việc tái cấu hình một cách triệt để các hệ thống sử dụng đất đã phát triển trong lịch sử về nguyên tắc sẽ có thể tăng gấp đôi sản lượng lương thực, tiết kiệm nước và tăng khả năng lưu trữ carbon cùng một lúc. Đây là kết quả của một nghiên cứu được thực hiện bởi nhà khoa học thông tin địa lý, giáo sư tiến sỹ Sven Lautenbach thuộc Đại học Heidelberg và Viện Công nghệ Thông tin Địa lý Heidelberg (HeiGIT) cùng với hai nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT). Các phân tích về tiềm năng năng suất sinh lý dựa trên mô hình thảm thực vật động kết hợp với thuật toán tối ưu hóa giúp mô phỏng các mô hình sử dụng đất toàn cầu thay thế.

Cách con người sử dụng bề mặt trái đất để sản xuất lương thực đã thay đổi đáng kể trong những thế kỷ qua. Nhu cầu về lương thực tăng lên cùng với sự gia tăng dân số thế giới; đồng thời thực phẩm giờ đây có thể được vận chuyển đi khắp thế giới rất nhanh chóng. Tuy nhiên, các hệ thống sản xuất lương thực phát triển trong lịch sử không phản ánh tiềm năng sinh lý của các hệ sinh thái trên trái đất. Như giáo sư Lautenbach nhấn mạnh, thực phẩm không được sản xuất ở nơi hiệu quả nhất về mặt sử dụng đất và nước cũng như lượng khí thải CO₂. Theo báo cáo của nhà nghiên cứu Heidelberg và các đồng nghiệp ở Karlsruhe, các khu rừng tiếp tục bị chặt phá để trồng trọt và chăn thả, đồng thời các cánh đồng ở những vùng khô hạn được tưới tiêu - những hành động ảnh hưởng tiêu cực đến nguồn nước sẵn có và khả năng lưu trữ carbon.

Mô hình thảm thực vật động và thuật toán tối ưu hóa giúp nghiên cứu các mô hình sử dụng đất toàn cầu thay thế nhằm hướng tới tối ưu hóa và hiệu quả. Trong nhiều tình huống khác nhau, các cánh đồng, đồng cỏ và thảm thực vật tự nhiên đã được di dời đến các khu vực sử dụng đất đặc biệt hiệu quả và đất trồng trọt được giới hạn ở những khu vực không cần tưới tiêu thâm canh. Mô hình này tính đến hai kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau - trong tương lai gần từ năm 2033 đến năm 2042 và trong giai đoạn từ năm 2090 đến năm 2099. 

Một kết quả của mô phỏng: Chỉ riêng việc tái cơ cấu không gian có thể tăng sản lượng lương thực lên trung bình 83% đồng thời tăng lượng nước sẵn có - sau khi trừ đi nhu cầu nước của thảm thực vật tự nhiên và nông nghiệp - thêm 8% và lượng CO₂ lưu trữ thêm 3%. Mức tăng sẽ cao hơn đáng kể nếu một trong ba con số mục tiêu được ưu tiên hơn những con số khác. Kết quả nghiên cứu cho thấy thực tế khu vực có nhiều khác biệt so với những thay đổi lớn về sử dụng đất tối ưu có thể đạt được về mặt lý thuyết để tận dụng tốt hơn tiềm năng sinh lý, từ đó tăng tổng sản lượng lương thực, nước và lưu trữ carbon một cách đồng đều. 

Giáo sư Lautenbach, người giảng dạy và tiến hành nghiên cứu tại Viện Địa lý của Đại học Heidelberg, cho biết: “Mặc dù những thay đổi lớn về sử dụng đất như vậy có vẻ phi thực tế, nhưng chúng ta nên biết thực tế là biến đổi khí hậu dù sao cũng sẽ gắn liền với những thay đổi lớn về diện tích canh tác. Chúng ta không nên để những thay đổi này xảy ra mà hãy cố gắng quản lý chúng có tính đến tiềm năng sinh lý”.

Kết quả được công bố trong “Proceedings of the National Academy of Sciences”. Nghiên cứu này được tài trợ trong khuôn khổ dự án “Tiềm năng hoạt động của các ứng dụng nghiên cứu hệ sinh thái” của Ủy ban châu Âu và Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Liên bang thông qua Hiệp hội Helmholtz và chương trình nghiên cứu “Khí quyển trong sự thay đổi toàn cầu”.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Đại học Heidelberg.