Đưa cây về phía Bắc để cứu rừng

Khi khí hậu ấm lên, cây cối trong các khu rừng như ở Minnesota sẽ không còn thích nghi được với khí hậu địa phương. Đó là lúc sự di cư có hỗ trợ trở nên quan trọng.

Mở đầu

Vào một buổi sáng se lạnh tháng Chín, tiếng bước chân của Brian Palik vang nhẹ trên con đường dưới ánh sáng lấp lánh, dưới tán thông đỏ ở khu rừng mang tính biểu tượng Northwoods của Minnesota. Cây thông đỏ trưởng thành, còn được gọi là thông Na Uy, là một loài cây cao, thẳng và phát triển mạnh trong mùa đông lạnh và mùa hè mát mẻ. Đây là cây chính thức của bang Minnesota và là mục tiêu quan trọng của ngành công nghiệp gỗ.

Nhưng những ngày thống trị của thông đỏ tại đây có thể sẽ biến mất. Trong những thập kỷ tới, biến đổi khí hậu sẽ khiến thông đỏ và các loài cây khác ở Northwoods ngày càng dễ bị tổn thương do sự kết hợp phá hoại của mùa hè dài và ấm hơn cùng mùa đông ít lạnh hơn, hạn hán, bão gió, cháy rừng và sự xâm nhập của côn trùng. Biến đổi khí hậu đang thay đổi các điều kiện sinh thái ở các khu vực lạnh nhanh hơn khả năng thích nghi hoặc di cư của cây cối.

Palik, một nhà sinh thái học rừng thuộc Trạm Nghiên cứu Rừng phía Bắc của Cục Lâm nghiệp Hoa Kỳ, dừng lại và chỉ vào một loài cây mới dưới tán thông đỏ: một cây lá rộng rụng lá, hickory bitternut, cao ngang mắt voi khoảng 10 feet và khoảng tám năm tuổi. Nó đang phát triển rất tốt, ông nói.

Cây hickory bitternut này có lẽ không nên phát triển mạnh ở Rừng Thí nghiệm Cutfoot, phía bắc trung Minnesota, gần Grand Rapids. Có thể nó bắt đầu là một cây con trong vườn ươm ở Illinois, về phía nam, nơi các đợt lạnh sâu ít khắc nghiệt hơn. Thông thường, nếu một cây giống thích nghi với khí hậu phía nam được trồng ở một khu vực lạnh không phù hợp như nơi này, nó có thể có nguy cơ bị hư hại do sương giá và đe dọa đến sự sống còn của nó. Nhưng tán lá xanh mướt của cây này tỏa ra sức khỏe dồi dào.

Đây là một dấu hiệu đầy hứa hẹn trong một dự án nhằm giữ cho rừng tiếp tục phát triển trong một thế giới ấm lên.

Tại Rừng Thí nghiệm Cutfoot vào năm 2016, Cục Lâm nghiệp đã trồng cây giống của tám loài cây từ các hạt giống thu thập từ những khu rừng cách xa vài trăm dặm về phía nam, như một phần của thí nghiệm mà Palik quản lý. Bốn loài có nguồn gốc từ khu vực phía bắc này: thông trắng phương đông, sồi đỏ phương bắc, sồi bur và phong đỏ. Bốn loài còn lại không phổ biến hoặc không phải là loài bản địa: sồi trắng, hickory bitternut, anh đào đen và thông ponderosa.

Hai thập kỷ trước, các cây giống phương nam này có khả năng đã gặp khó khăn khi phát triển ở đây. Ngày nay, Palik và nhóm của ông có thể thấy thành công của hầu hết các loài cây phương nam mà họ đã trồng. Chúng đang phát triển như bùng nổ, ông nói, điều này cho thấy khí hậu phù hợp cho chúng, mặc dù các nhà nghiên cứu chưa biết về sức khỏe lâu dài của các cây giống này. Trong số bảy loài cây giống, tỷ lệ sống sót đạt 85 đến 90 phần trăm.

Di cư có hỗ trợ – Giải pháp cho tương lai

Dự án của Palik là một thí nghiệm về di cư có hỗ trợ trong rừng, một phương pháp di chuyển cây để giúp các khu rừng thích nghi và phát triển bất chấp môi trường sống đang nóng lên do biến đổi khí hậu. Những người ủng hộ di cư có hỗ trợ trong lâm nghiệp không nhằm mục đích cứu một loài cụ thể, mà thay vào đó, bằng cách di chuyển cây, họ muốn giúp duy trì các khu rừng năng suất vì nhiều lợi ích như lưu trữ carbon, lọc nước, tạo môi trường sống cho động vật hoang dã, vẻ đẹp cho các hoạt động giải trí và gỗ.

Việc thử nghiệm di cư có hỗ trợ đòi hỏi một cách suy nghĩ khác về tự nhiên. Trong khi việc phục hồi sinh thái thường nhìn vào quá khứ để lấy ý tưởng về việc sửa chữa các nơi bị suy thoái, các nhà lâm nghiệp đang khám phá di cư có hỗ trợ lại đang trồng các loài cây thích nghi với khí hậu ấm hơn có thể có cơ hội phát triển tốt hơn dưới điều kiện tương lai ấm lên.

Nhiều công ty lâm nghiệp đã di chuyển cây lâu nay để cải thiện sản xuất gỗ trên các khu đất tư nhân. Nhưng các nhà quản lý rừng vẫn thận trọng về các dự án di cư có hỗ trợ vì mục đích bảo tồn trên đất công. Phần lớn các dự án của họ đã ở quy mô nhỏ và mang tính thử nghiệm, thường chỉ di chuyển quần thể cây ở khoảng cách tương đối ngắn đến các khu vực phía bắc thuộc phạm vi bản địa của chúng.

Di cư hỗ trợ – Giải pháp bảo tồn hay rủi ro?

Nghiên cứu di cư hỗ trợ cho bảo tồn hiện đang trở nên táo bạo hơn trước bối cảnh ngày càng gia tăng những lo ngại về gián đoạn rừng trong tương lai do biến đổi khí hậu. Xu hướng này cũng đang lan rộng quốc tế, với các nghiên cứu diễn ra tại Tây Ban Nha, Canada và Mexico. Hiện nay, nghiên cứu của Palik là một trong 14 dự án thuộc mạng lưới Adaptive Silviculture for Climate Change (ASCC). Phần lớn các nhà lâm nghiệp đang thử nghiệm di cư hỗ trợ đều đang trồng cây xa về phía bắc hoặc trồng cây từ các khu vực thấp ở các vùng cao hơn.

Các địa điểm nghiên cứu trên khắp Bắc Mỹ bao gồm các khu rừng lá kim hỗn hợp ở Flathead National Forest tại Montana; các khu rừng hỗn hợp thông-cứng lá tại Jones Center ở Ichauway, Georgia; các khu rừng linh sam-bạch dương tại Colorado State Forest; và các khu rừng thông-cứng lá hỗn hợp tại Petawawa Research Forest ở Ontario, Canada. Một số nhà khoa học của Cơ quan Lâm nghiệp, bao gồm cả Palik, dự đoán rằng di cư hỗ trợ sẽ chuyển từ một chủ đề nghiên cứu sang một chiến lược quản lý tiêu chuẩn.

Theo xu hướng này, Cơ quan Lâm nghiệp và nhiều cơ quan liên bang và tiểu bang khác đang xem xét điều chỉnh chính sách để thích nghi với chiến lược này. Ví dụ, US Fish and Wildlife Service đang cân nhắc việc cho phép các nhà quản lý lâm nghiệp chuyển dịch các loài vượt qua ranh giới lịch sử của chúng.

Việc di chuyển rừng một cách nhân tạo, theo lời một số nhà sinh học, tiềm ẩn rủi ro. Các loài được di cư có thể trở nên xâm lấn hoặc phá vỡ cân bằng sinh thái của khu rừng. Nhưng, theo Palik, rủi ro của việc không thử chuyển dịch các loài để ứng phó với biến đổi khí hậu là lớn hơn.

Đa dạng hóa hoặc suy tàn

Di cư hỗ trợ lần đầu tiên được đề xuất vào những năm 1980 khi một số nhà sinh học nhận định rằng điều kiện môi trường sống có thể thay đổi quá nhanh khiến các loài không kịp thích nghi. Những đề xuất gần đây đã kêu gọi di chuyển các loài có nguy cơ tuyệt chủng đến các môi trường sống mới, nơi chúng có cơ hội phát triển tốt hơn: ví dụ như đưa sói xám Mexico đến phía bắc Arizona hoặc đến New Mexico hoặc Texas, hoặc đưa bướm xanh Karner xa hơn về phía bắc từ miền nam Michigan.

Palik và các nhà khoa học lâm nghiệp khác, tuy nhiên, đang nghiên cứu một giải pháp bảo tồn khác. Họ muốn cứu các khu rừng đang chịu áp lực khỏi sự suy tàn hoặc thậm chí biến mất bằng cách trồng một số lượng lớn cây thích nghi với khí hậu miền nam, từ đó đa dạng hóa các khu rừng để tán rừng của chúng có thể sống sót.

Rừng chết nhanh và lớn chậm, Lee E. Frelich, một nhà sinh thái học rừng tại Trung tâm Sinh thái Rừng thuộc Đại học Minnesota, cho biết. Theo ông, khi biến đổi khí hậu tiếp tục, một số khu rừng có thể biến mất, nhường chỗ cho đồng cỏ không cung cấp các loại môi trường sống và lợi ích khác mà các khu rừng khỏe mạnh có thể mang lại. Lựa chọn duy nhất của bạn trong trường hợp đó, ông nói, là đưa các loài mới vào hoặc chấp nhận những gì tự nhiên mang lại, mà trong trường hợp biến đổi khí hậu cực đoan rất có thể là thảm thực vật rậm rạp và không phải là một khu rừng trong một thời gian dài.

Biến đổi khí hậu đã góp phần gây ra những tổn thất nhanh chóng của rừng. Trong những thập kỷ gần đây, rừng trên mọi lục địa có rừng đều phải chịu các đợt nắng nóng gay gắt và hạn hán do biến đổi khí hậu, Henrik Hartmann, một nhà sinh lý học môi trường tại Julius Kühn-Institute for Forest Protection tại Đức và là tác giả chính của một bản tổng quan về sự chết rừng trong Annual Review of Plant Biology năm 2022, cho biết.

Các ảnh hưởng cực đoan của biến đổi khí hậu

Các điều kiện cực đoan là một phần tự nhiên trong lịch sử đời sống của rừng, và cây cối thường thích nghi với chúng – nhưng lần này thì khác. Những điều kiện cực đoan này đã đủ để đưa cây đến bờ vực hoặc vượt qua ngưỡng chức năng, Hartmann cho biết.

Các vùng đất có mùa đông lạnh giá như Minnesota Northwoods đang bị ảnh hưởng không cân đối bởi biến đổi khí hậu, làm mùa đông ngắn hơn, mùa hè khô hơn và mùa cháy dài hơn.

Minnesota có một trong những khí hậu lạnh nhất ở 48 bang hạ lục địa Hoa Kỳ vì nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ Bắc Cực. Nhưng Bắc Cực đã ấm lên nhanh hơn gấp bốn lần so với phần còn lại của Trái Đất từ năm 1979, và bang này hiện có mùa đông ấm lên nhanh nhất ở 48 bang hạ lục địa. Kể từ năm 1970, nhiệt độ mùa đông trung bình ở Minnesota đã tăng gần 5 độ Fahrenheit.

Trong 50 năm qua, Minnesota đã ấm lên nhanh hơn bất kỳ bang nào khác trong 48 bang hạ lục địa, với sự ấm lên mạnh nhất vào mùa đông.

Minnesota cũng độc đáo vì có bốn ranh giới thực vật chính trong biên giới của nó: chủ yếu là các cây lá kim khí hậu lạnh ở Northwoods; cây rụng lá ôn đới như sồi và phong ở giữa và đông nam bang; và đồng cỏ trước đây cũng như thảo nguyên và các khu vực đồng cỏ lá aspen, ngày nay chủ yếu là đất nông nghiệp, ở phía tây và tây nam.

Hiện nay, các ranh giới này đang dần bị xóa mờ. Cây rụng lá ôn đới đã bắt đầu xâm nhập vào tầng cây dưới của các cây lá kim ở Northwoods vì khí hậu ấm lên bắt đầu ưu tiên cho chúng. Nhiều loài cây Northwoods, bao gồm cả thông đỏ, có khả năng mất dần phạm vi sống phía nam của chúng khi ấm lên tiếp diễn. Khi cây Northwoods dần biến mất ở phạm vi phía nam, các nhà nghiên cứu lo ngại rằng sự di chuyển của các cây rụng lá thay thế sẽ xảy ra quá chậm để các tán rừng khỏe mạnh, liên tục có thể tồn tại.

Sự mất cân bằng sinh thái tại Northwoods

Đồng thời, hệ sinh thái của Northwoods đang trở nên mong manh hơn. Khi biến đổi khí hậu tiếp diễn, các khu vực rộng lớn của các loài cây lá kim phía bắc có nhiều khả năng sẽ sụp đổ đột ngột – chỉ trong vài năm – do sự kết hợp của hạn hán do biến đổi khí hậu, các đợt côn trùng phá hoại và các áp lực khác. Nhiều loài cây bản địa phương bắc có thể không mọc lại ở đây vì chúng không còn phù hợp với khí hậu đã thay đổi của khu vực.

Gần đây, Frelich và các đồng nghiệp của ông đã nghiên cứu một loạt các tác động có thể từ việc nhiệt độ tăng – chủ yếu phụ thuộc vào kịch bản phát thải carbon dioxide – lên các khu rừng ở Minnesota vào năm 2070. Nhiệt độ tăng 1 độ C so với mức trung bình của giai đoạn 1979–2013 sẽ cho phép rừng cây lá rộng xâm lấn thêm vào khu vực rừng phương bắc. Nếu nhiệt độ tăng đến 6 độ C, thảo nguyên sẽ bao phủ phần lớn Minnesota, chỉ còn lại rừng lá rộng ở góc đông bắc.

Trên toàn thế giới, cây di chuyển theo hướng bắc và nam cũng như lên xuống các ngọn núi trong quá trình dài để thích nghi với sự thay đổi khí hậu, hạt của chúng được phát tán bởi gió và động vật mang đi.

Sẽ mất một thiên niên kỷ để nhiều khu rừng đạt đến sự cân bằng tại một địa điểm mới, theo Hartmann. Điều này thực sự không phải là vấn đề đối với các khu rừng, vốn cuối cùng sẽ di cư; thay vào đó, đó là một vấn đề đối với con người. Vào cuối tuần ở Đức, mọi người đi dạo trên các đồi núi và rừng, một hoạt động rất phổ biến như giải trí, Hartmann cho biết. Nhưng bây giờ, Họ đều sốc – nó trông như mặt trăng, và khu rừng đã chết.

Việc chờ đợi cây mới có thể mất một thời gian: Một số loài cây đạt đến tuổi 25 năm trước khi tạo ra những hạt giống đầu tiên. Nếu chúng ta muốn tất cả các dịch vụ [của rừng], giống như những gì chúng ta từng có chỉ một thập kỷ trước, thì chúng ta có thể muốn nghĩ đến việc có thêm vài lựa chọn khác, Hartmann nói. Chúng ta nên nghĩ đến việc bảo tồn một khu rừng chứ không phải khu rừng mà chúng ta biết.

Đó là điều mà Julie Etterson, một nhà di truyền học tiến hóa tại Đại học Minnesota Duluth, đã nghĩ đến khi cô đồng sáng lập Forest assisted migration project (Dự án di cư hỗ trợ rừng) cùng với Meredith Cornett, người khi đó thuộc Tổ chức Bảo Tồn Thiên Nhiên, và David Abazs từ Đại học Minnesota Extension. Etterson lo ngại rằng sự suy giảm cây bản địa sẽ tạo ra khoảng trống cho các loài thực vật xâm lấn và cô tìm cách bảo tồn rừng bằng cách từ từ di chuyển các loài cây ở phía nam lên phía bắc. Forest assisted migration project nhằm xây dựng một thị trường khu vực cho các cây giống thích nghi với khí hậu được trồng bởi các trang trại và vườn ươm địa phương dựa trên nguyên lý từ nghiên cứu của Etterson và Cornett.

Trong một nghiên cứu, Etterson và các đồng nghiệp đã thu thập cây giống sồi đỏ và sồi bur trồng từ hạt được thu thập ở hai vùng khí hậu: một ở miền bắc Minnesota và một gần trung tâm bang. Người lao động đã trồng cây giống tại 16 địa điểm ở hai vùng hạt giống phía bắc trong khuôn khổ một dự án trồng rừng của Nature Conservancy, và cây đã được đo lường trong ba năm. Sồi đỏ có nguồn gốc từ hạt giống ở miền nam – thích nghi với khí hậu ấm hơn một chút – có khả năng sống sót cao hơn, phát triển nhanh hơn và các lợi thế khác so với loại ở phía bắc. Kết quả đối với sồi bur phía nam, mặc dù pha trộn hơn, nhưng nhìn chung cũng tốt hơn sồi bur ở phía bắc.

Thử nghiệm di cư hỗ trợ của Etterson

Các thử nghiệm di cư hỗ trợ của Etterson, được thực hiện với sự hợp tác của Nature Conservancy và các cơ quan công cộng và bộ lạc, cung cấp cơ sở khoa học cho việc bao gồm các cây thích nghi với khí hậu trong các nỗ lực trồng rừng đang tiến hành tại bang: Ví dụ, vào năm 2023, Nature Conservancy đã trồng 1,4 triệu cây giống trên khắp miền bắc Minnesota như một phần của mục tiêu đa đối tác nhằm trồng 10 triệu cây giống trên các vùng đất công cộng vào cuối năm 2024. Khi trồng, người lao động chọn khoảng ba phần tư cây giống theo cách truyền thống – hạt giống được thu thập từ một vùng khí hậu, trồng thành cây giống ở vùng đó và trồng ở vùng đó. Phần còn lại của cây giống đến từ hạt giống cha mẹ được thu thập trong các khu rừng ở xa về phía nam.

Tại đây, chúng tôi đang sử dụng những cây mà khoa học cho biết có vị trí tốt nhất để trở thành người chiến thắng trong thích ứng khí hậu, Chris Dunham, phó giám đốc về khả năng chống chịu của rừng tại Nature Conservancy ở Duluth cho biết. Nhưng họ đang điều chỉnh chậm, ông nói, vì cũng có nhiều điều chưa biết trong hệ sinh thái tự nhiên.

Sự điều chỉnh diễn ra chậm vì một lý do khác: Các vườn ươm trong bang không thể cung cấp đủ cây giống địa phương để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho các loài cây thông minh với khí hậu. Và vì vậy, Abasz đã bắt đầu tổ chức một chuỗi cung ứng rộng lớn hơn gồm những người thu hạt giống, người trồng cây giống và người mua, đặt mục tiêu mở rộng Hợp tác Xã Người Trồng Cây Rừng & Trang Trại thành một mạng lưới 100 nông dân và vườn ươm, mỗi người sẽ trồng 10.000 cây giống thích nghi với phía nam, được trồng tại địa phương mỗi năm. Chương trình sẽ sau đó mở rộng số lượng các thỏa thuận mua với các cơ quan phục hồi như các sở lâm nghiệp cấp quận.

Thông qua tất cả những điều này, Forest assisted migration project sẽ khuyến nghị các cây non trồng ở đâu, phân loại chúng thành các nhóm xanh, vàng hoặc đỏ. Các phân loại dựa trên phát hiện từ nghiên cứu của Etterson, ý kiến từ các chuyên gia và các loại di cư hỗ trợ khác nhau.

Cây giống được phân loại là xanh được coi là an toàn để trồng ở miền bắc Minnesota vì chúng đã phát triển mạnh ở đó. Cây giống của các loài bản địa từ phía nam sẽ được trồng xa hơn về phía bắc nhưng trong phạm vi lịch sử của chúng. Đây được gọi là di cư hỗ trợ dân số.

Các cây được phân loại là vàng cần thận trọng hơn. Đây là di cư phạm vi hỗ trợ – di chuyển loài vượt ra ngoài phạm vi lịch sử của chúng để theo kịp với sự thay đổi khí hậu. Quá trình này cũng bắt chước những gì sự phân tán hạt tự nhiên có thể làm. Đây là các loài có thể vừa xuất hiện trong khu vực của chúng ta hoặc có dân số rất nhỏ trong khu vực của chúng ta, Abazs nói, như hemlock phía đông và beech Mỹ.

Những cây giống từ phía nam có nhiều khả năng trở thành cây chống chịu hơn. Trong số các lợi ích khác, các cây thích nghi với khí hậu có thể nở hoa sớm hơn trong năm và kết thúc giai đoạn tăng trưởng muộn hơn vào mùa thu, thu nhận các giai đoạn quang hợp dài hơn.

Cuối cùng, các cây được Forest assisted migration project phân loại là đỏ sẽ là những cây không thể tự nhiên phát tán hạt giống đến miền bắc Minnesota vì khoảng cách quá lớn. Việc di chuyển loại cây này sẽ được coi là di cư loài hỗ trợ. Cây giống từ phía nam Minnesota hoặc phía bắc Iowa, chẳng hạn, sẽ được phân loại là đỏ. Đây là những loại mà chúng tôi hiện không cân nhắc, Abazs nói.

Một trong các loài cây được di chuyển của Palik tại Rừng Thí Nghiệm Cutfoot sẽ nhận được xếp hạng đỏ theo những nguyên tắc đó. Nhưng Palik đang đặt cược vào loài cây này như một cây thông quý giá trong tương lai cho miền bắc Minnesota.

Palik lấy cây giống thông ponderosa từ hạt giống thu thập ở phía tây bắc Nebraska, cách xa hàng trăm dặm về phía nam và tây, và trồng chúng trong các ô thí nghiệm cho mục đích nghiên cứu. Dù chỉ có một phần năm cây sống sót, những cây còn lại đã phát triển tốt. Thí nghiệm của ông cho thấy rằng thông ponderosa – một loại cây cao, lá dài, được sử dụng để làm gỗ nhưng thích nghi với mùa hè khô ráo, ấm áp và mùa đông ôn hòa hơn – có thể sẽ phát triển mạnh ở miền bắc Minnesota nếu cây thông đỏ dần mất đi.

Cây rừng lá rộng ôn đới sẽ tiếp tục xâm nhập vào khu rừng phương bắc, nhưng chúng không thể thay thế hoàn toàn các khu rừng thông đặc trưng định hình cách nhiều người dân Minnesota trải nghiệm khu vực, Palik nói.

Nhiều nhà quản lý rừng cuối cùng có thể phải đối mặt với một lựa chọn: Xem xét việc di chuyển các loài cây phía nam lên khu vực phía bắc, hoặc cuối cùng sẽ còn lại ít khu rừng năng suất hơn để khai thác gỗ và các mục đích sử dụng khác.

Điều quan trọng, Palik nói, là chúng ta phải nỗ lực để duy trì các khu rừng hữu ích. Những khu rừng vào cuối thế kỷ sẽ không còn là khu rừng của ông bạn, nhưng đó sẽ là khu rừng mà cháu bạn kế thừa, ông nói.