Hình ảnh tháp thông lượng trong hệ sinh thái rừng đang thu thập dữ liệu để đo chu trình cacbon và nước. Nguồn: Naishen Liang.

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm cho nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên nhanh chóng, các nhà khoa học đã tin tưởng rằng sự gia tăng này có thể đóng vai trò giúp cải thiện con đường cây trồng tiêu thụ nước, được biết như là hiệu quả sử dụng nước (WUE). Người ta cho rằng mức độ WUE cao hơn có nghĩa là thực vật tiêu thụ ít nước hơn nhưng hấp thụ nhiều carbon trong khí quyển hơn, thúc đẩy tăng trưởng và giúp giảm bớt tác động của biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, những phát hiện mới từ các nhà nghiên cứu tại Đại học New Hampshire đã tìm ra rằng hiệu quả sử dụng nước đã bị đình trệ kể từ năm 2001, điều này có nghĩa là cây trồng không hấp thụ nhiều CO₂ và tiêu thụ nhiều nước hơn và điều đó có thể ảnh hưởng đến chu trình carbon, sản xuất nông nghiệp và tài nguyên nước.

GS. Jingfeng Xiao, nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống Trái đất của UNH, cho biết: “Chúng tôi đã quan sát thấy sự gia tăng đáng kể về hiệu quả sử dụng nước trong suốt những năm 1982-2016, với mức tăng đáng kể từ năm 1982 đến năm 2000, nhưng sau đó, hiệu quả sử dụng nước dường như đã bị đình trệ. Sự gia tăng CO₂ cho phép cây xanh phát triển nhanh hơn và sử dụng nước hiệu quả hơn nhưng nghiên cứu này cho thấy một số phương pháp dựa vào tự nhiên mà các nhà khoa học cho rằng có thể áp dụng để giúp đạt được mức độ trung hòa carbon có thể bị suy yếu do tác động bất lợi của hiện tượng nóng lên khí hậu và thực vật không sử dụng nước hiệu quả như các nhà khoa học mong đợi”.

Tác động từ nhiều mặt liên quan đến sự đánh đổi phức tạp giữa thu được carbon và mất nước khi nhiệt độ tăng và lượng CO₂ trong khí quyển tăng vẫn chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu của họ, được công bố gần đây trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu FLUXNET vệ tinh và khí tượng vi mô cũng như học máy/AI để phát triển 24 mô hình cho 5 loại thảm thực vật chính - rừng, vùng cây bụi, thảo nguyên, đồng cỏ và đất trồng trọt. Họ đã xem xét những ảnh hưởng và hạn chế tiềm ẩn trong mỗi hệ sinh thái đối với sự hấp thụ CO₂ và nhận thấy các mô hình được điều khiển bằng vệ tinh cho thấy phản ứng suy yếu trong quá trình phát triển của thực vật và sự gia tăng bền vững trong việc sử dụng nước của thực vật kể từ năm 2001 có thể do thâm hụt áp suất khí hơi (vapor pressure deficit, VPD) tăng lên lượng nước thực sự có trong không khí so với lượng hơi nước mà không khí có thể chứa được. Khi VPD tăng lên, nó có khả năng làm chậm hoặc ức chế quá trình quang hợp và tăng cường tiêu thụ nước của thực vật, làm suy yếu sự phát triển của thực vật và giảm hiệu quả sử dụng nước trong hệ sinh thái toàn cầu.

Các nhà nghiên cứu cho rằng xu hướng này có thể chỉ ra rằng nhiệt độ tăng, liên quan đến biến đổi khí hậu và mức tăng VPD dự kiến có thể ảnh hưởng đến lượng carbon trong đất toàn cầu trong tương lai, phần lớn được lưu trữ trong rừng và các hệ sinh thái khác, đồng thời có thể ảnh hưởng đến chu trình nước và sự phát triển của thực vật. Họ lưu ý rằng một số yếu tố đã được xem xét và độ bão hòa của WUE dường như không phải là kết quả của những thay đổi trong quá trình tái sinh của thảm thực vật, độ che phủ đất hoặc hạn chế về dinh dưỡng đối với quá trình quang hợp như quá nhiều hoặc quá ít nitơ hoặc phốt pho.