Đối với những cây thân gỗ như cây đỗ quyên này, thời điểm ra lá vào mùa xuân là sự cân bằng giữa việc tối đa hóa mùa sinh trưởng của chúng và tránh những đợt sương giá muộn. Richard Primack, CC BY-NĐ

Các mô hình thời tiết trên khắp Hoa Kỳ giống như một chuyến đi tàu lượn trong vài tháng qua. Tháng XNUMX và tháng XNUMX là ấm hơn đáng kể so với mức trung bình ở nhiều địa điểm, tiếp theo là tháng Hai đợt lạnh dữ dội và khởi động kịch tính.

Nếu bạn đã từng nhìn thấy những bụi hoa tử đinh hương bị đè bẹp bởi xe tuyết, rồi chớm nở vào một ngày ấm áp chỉ vài tuần sau đó, bạn có thể tự hỏi làm thế nào mà thực vật có thể chịu đựng được những điều khắc nghiệt như vậy. tôi học biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến thời gian của các sự kiện theo mùa trong vòng đời của thực vật, chim và côn trùng ở Massachusetts, vì vậy tôi biết rằng các loài đã tiến hóa ở đây để đối phó với thời tiết thay đổi nổi tiếng của New England. Nhưng khí hậu ấm lên đang phá vỡ các mô hình thời tiết và kiểm tra khả năng thích ứng của nhiều loài.

Chịu đựng lạnh

Vào những ngày mùa đông khắc nghiệt khi nhiệt độ xuống thấp hơn nhiều so với mức đóng băng, động vật ngủ đông dưới lòng đất hoặc tụ tập trong các điểm được bảo vệ. Nhưng cây cối và bụi rậm phải ngồi đó và lấy nó. Các mô trong thân, cành và rễ của chúng còn sống. Làm thế nào để họ sống sót trong cái lạnh cóng?

Vào mùa thu, cây thân gỗ ở nhiều vùng của Bắc Mỹ bắt đầu chuẩn bị cho mùa đông. Khi lá của chúng đổi màu và rụng, các cành, nhánh và thân của chúng bắt đầu mất nước. Kết quả là, tế bào của chúng chứa hàm lượng đường, muối và các hợp chất hữu cơ cao hơn.

Điều này làm giảm điểm đóng băng của tế bào và mô, đồng thời cho phép chúng tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với điểm đóng băng bình thường của nước. Tuy nhiên, mẹo này cũng có giới hạn của nó, do đó, các đợt lạnh khắc nghiệt vẫn có thể giết chết một số loại cây nhất định.

Rễ cây và cây bụi phần lớn không thay đổi và không hoạt động trong mùa đông, dựa vào lớp cách nhiệt từ tuyết và đất để bảo vệ. Phần lớn, nhiệt độ của đất xung quanh rễ luôn bằng hoặc trên mức đóng băng. Đất, lá rụng và lớp tuyết dai dẳng cách nhiệt cho mặt đất phía trên rễ và ngăn nó mất nhiệt.

Sự nguy hiểm đáng ngạc nhiên của sương giá mùa xuân

Sau khi thực vật chống chọi với mùa đông lạnh giá một cách khắc nghiệt, đầu mùa xuân lại mang đến những nguy hiểm mới. Cây cần ra lá sớm nhất có thể vào mùa xuân để tận dụng lợi thế của mùa phát triển. Nhưng điều này liên quan đến việc bơm nước vào các lá đang phát triển của chúng, làm giảm nồng độ đường, muối và các hợp chất hữu cơ trong mô của chúng và loại bỏ lớp bảo vệ mùa đông khỏi lạnh.

Mỗi loài có một thời gian ra lá đặc trưng. Các loài lá sớm như việt quất và liễu là những con bạc của vương quốc thực vật. Các loài sau này, như sồi và thông, là những loại thận trọng và bảo thủ. Đối với bất kỳ loài nào, việc ngắt lá quá sớm là một rủi ro vì sương giá muộn có thể làm hỏng hoặc chết các lá non.

Hoa cũng dễ bị ảnh hưởng bởi sương giá mùa xuân không thể đoán trước vì chúng chứa nhiều nước. Nếu hoa của cây ăn quả, chẳng hạn như táo, bị chết do sương giá, cây sẽ không ra quả vào mùa hè sau đó. Sương giá muộn cũng có thể gây ra mùa hoa ngắn đáng thất vọng đối với những cây cảnh ra hoa sớm như hoa dạ yến thảo và hoa mộc lan.

Thực vật báo thức

Để đề phòng sương giá và vẫn tận dụng được mùa sinh trưởng đầy đủ, cây cối và bụi rậm đã phát triển ba cách để biết thời điểm bắt đầu phát triển vào mùa xuân.

Đầu tiên, thực vật có các yêu cầu về độ lạnh mùa đông: Chúng giữ thời gian ngủ đông trong mùa đông cho đến khi chúng tiếp xúc với một số ngày đông lạnh giá nhất định. Đặc điểm này giúp chúng tránh bị rụng lá hoặc ra hoa trong thời kỳ ấm áp bất thường giữa mùa đông.

Thứ hai, thực vật cũng có các yêu cầu về thời tiết ấm áp vào mùa xuân để thúc đẩy sự phát triển sau khi chúng trải qua một số ngày ấm áp nhất định vào mỗi mùa xuân. Đặc điểm này giúp chúng bắt đầu phát triển ngay khi đủ ấm.

Thứ ba, một số loài thực vật cũng có chu kỳ quang phản ứng, có nghĩa là chúng phản ứng với khoảng thời gian chúng tiếp xúc với ánh sáng trong khoảng thời gian 24 giờ. Điều này chuẩn bị cho chúng ra lá khi ngày dài hơn và ấm hơn vào mùa xuân. Cây sồi có cả yêu cầu nóng lên và phản ứng quang chu kỳ, nhưng yêu cầu nhiệt độ mạnh hơn nhiều, vì vậy chúng sẽ ra hoa chỉ sau một vài ngày ấm áp vào cuối mùa xuân.

Điều thú vị là những cây ở Bắc Mỹ như cây phong đỏ và cây bạch dương đen thường thận trọng và bảo thủ hơn những cây ở châu Âu và Đông Á. Thời tiết ở miền đông Bắc Mỹ thay đổi nhiều hơn, và nguy cơ sương giá vào cuối mùa xuân ở đây cao hơn các khu vực đó. Kết quả là, cây ở Bắc Mỹ đã tiến hóa ra lá muộn hơn vài tuần so với những cây tương đương từ châu Âu và Đông Á.

Biến đổi khí hậu làm xáo trộn các tín hiệu

Thực vật rất thích nghi với các tín hiệu nhiệt độ, vì vậy sự ấm lên do biến đổi khí hậu đang khiến nhiều loài khó chống chọi với giá lạnh mùa đông và sương giá mùa xuân. Khi nhiệt độ mùa xuân ấm hơn trước đây, các loại cây như táo và lê có thể phản ứng bằng cách ra lá và ra hoa sớm hơn bình thường vài tuần. Điều này có thể làm tăng khả năng bị tổn thương của chúng đối với các đợt sương giá muộn.

Những chiếc lá trên cây anh đào này đã bị hư hại do sương giá muộn. Richard Primack, CC BY-NĐ

Những đợt sương muộn như vậy là trở nên phổ biến hơn bởi vì biến đổi khí hậu đang làm mất ổn định dòng máy bay phản lực, khiến nó lặn xa hơn về phía nam, kéo theo những đợt thời tiết lạnh giá bất thường.

Vào năm 2007, một khoảng thời gian đặc biệt ấm áp vào tháng Ba kích hoạt cây cối ra lá trên khắp miền đông và miền trung Hoa Kỳ. Một đợt sương giá cứng vào tháng XNUMX sau đó đã giết chết những chiếc lá non và hoa của cây sồi, cây hickk và các loài cây khác. Cây cối có thể ra lá vụ thứ hai, nhưng không thể thay thế hoàn toàn số lá đã mất, điều này rất có thể khiến chúng bị còi cọc trong năm đó.

Sâu bọ cũng là mối đe dọa ngày càng tăng đối với thực vật. Thời tiết mùa đông khắc nghiệt cản trở nhiều loài côn trùng được tìm thấy ở vùng khí hậu phía bắc, chẳng hạn như hemlock adelgids len và sâu đục ngọc lục bảo. Khi mùa đông trở nên ôn hòa hơn, những loài côn trùng này có nhiều khả năng tồn tại hơn, di chuyển xa hơn về phía bắc, gây ra các vụ dịch lớn và làm hư hại cây cối.

Mùa đông ấm hơn cũng dẫn đến nhiều ngày mặt đất trống hơn. Sự cố lạnh xảy ra khi không có lớp tuyết cách nhiệt có thể đóng băng đất và giết rễ. Các cành cây và cây bụi sau đó chết trở lại vì rễ bị hư hại không thể cung cấp đủ nước và chất dinh dưỡng. Trong trường hợp nghiêm trọng, cây có thể chết.

Bản đồ Khu vực Thực vật Khó trồng của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ cho thấy rằng những khu vực này - những khu vực mà các loài thực vật khác nhau có nhiều khả năng phát triển mạnh nhất - đang dịch chuyển về phía bắc khi biến đổi khí hậu ấm lên ở Hoa Kỳ

{vembed Y = 4pSYC8g5oVM}

Trong những thập kỷ tới, nhiều loài cây ưa lạnh như spruces và firs sẽ trở nên ít phong phú hơn khi chúng không có khả năng xử lý những thách thức mới liên quan đến khí hậu ấm hơn. Ở Đông Bắc Hoa Kỳ, các loài bản địa như cây phong đường và cây sồi sẽ dần được thay thế bằng các loài bản địa xa hơn về phía nam, chẳng hạn như cây sồi và cây hicko. Và các loài không động vật, chẳng hạn như Bản đồ Na Uy, đang lợi dụng những sự gián đoạn này để phân tán vào rừng từ ven đường và vùng lân cận.

Sự thay đổi tương tự đang xảy ra ở nhiều nơi khi biến đổi khí hậu làm thay đổi các tín hiệu mà cây trồng dựa vào để đánh dấu sự thay đổi của các mùa.

Giới thiệu về Tác giả

Richard B. Primack, Giáo sư Sinh học, Đại học Boston

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

ing