Thực vật đệm

Silene acaulis, một loài thực vật đệm thuộc họ Cẩm chướng

Thực vật đệm là tên gọi chung của dạng sống thực vật nhỏ gọn, mọc thấp, tạo thành thảm hoặc cụm, được tìm thấy ở môi trường núi cao, cận núi cao, Bắc Cực hoặc cận Bắc Cực trên khắp thế giới. Thuật ngữ "đệm" thường được áp dụng cho các loại cây thân gỗ mọc thành thảm trải rộng, có chiều cao hạn chế so với mặt đất (tối đa là vài inch), có rễ cái tương đối lớn và sâu. Vòng đời của thực vật đệm thích nghi với sự phát triển hạn chế trong môi trường nghèo dinh dưỡng và có khả năng sinh sản chậm.^[1] Hình dạng thực vật loại này là một ví dụ về sự tiến hóa song song hoặc hội tụ với các loài từ nhiều họ thực vật khác nhau trên các lục địa khác nhau "hội tụ" đặc điểm về cùng một kiểu thích nghi để chống chịu các điều kiện môi trường khắc nghiệt.^[2]

Hình thái

Cụm cây Azorella compacta 3.000 tuổi mọc ở đồng cỏ Puna của dãy Andes ở Peru, Bolivia, Chile và phía tây Argentina ở độ cao từ 3.200 đến 4.500 mét.

Thực vật đệm tạo thành thảm lớn, thấp có thể cao tới 3 m (10 ft) đường kính. Hình dạng điển hình là một khối cây có thân nhỏ gọn, có ưu thế ngọn tối thiểu và gốc cây có trạng thái hoa hồng. Mỗi phần thân cây đều phát triển với tốc độ tương đương nhau để không có phần cơ quan nào lộ ra nhiều hơn phần còn lại của toàn bộ khối thực vật đệm. Các quan sát về quá trình lão hóa đã kết luận rằng cụm thực vật đệm thường chết hàng loạt thay vì chết từng cây riêng lẻ vào những thời điểm khác nhau. Bên dưới các gốc cây đệm thường sản xuất vật liệu không quang hợp hoặc giữ lại các lá chết trước đó để tạo ra một lớp cách nhiệt.^[2][3]

Cây đệm phát triển rất chậm. Trong trường hợp của Silene acaulis, tốc độ tăng trưởng đã được đo ở 0,06 cm (0,02 in) đến 1,82 cm (0,72 in) mỗi năm. Mặc dù tăng trưởng bị hạn chế, tuổi thọ của thực vật đệm rất cao, những cá thể lớn nhất của một số loài có thể đạt tới 350 tuổi.^[3][4] Một nghiên cứu về Azorella compacta ở miền nam Peru đã xác định rằng, dựa trên tốc độ tăng trưởng 1,4 mm mỗi năm, các cây riêng lẻ trong khu vực nghiên cứu có tuổi đời lên tới 850 năm, thỉnh thoảng bắt gặp những cá thể có tuổi đời lên tới 3.000 năm.^[5]

Sinh thái học

Cây đệm thường mọc trên đất đá hoặc đất cát thoát nước nhanh, khô hạn với sinh cảnh cận núi cao, núi cao, Bắc Cực, cận Bắc Cực hoặc feldmark cận Nam Cực. Ở một số môi trường sống nhất định, chẳng hạn như đầm lầy than bùn hoặc đầm lầy, cây đệm cũng có thể là loài chủ chốt trong quần xã đỉnh cực. Vì vậy, các loài thực vật này thường phát triển ở môi trường sống trống trải với ít hoặc không có đất. Với vai trò là sinh vật tiên phong của diễn thế nguyên sinh ở môi trường núi cao, các loài thực vật đệm có khả năng thích nghi đặc biệt với điều kiện môi trường khắc nghiệt, khô hạn, nhiều gió của các sườn núi cao.^[2][3]

Donatia novae-zelandiae mọc trên núi Ossa, Tasmania

Lưu ly miền núi (Myosotis alpestris) ở độ cao khoảng 2250 m khu vực lân cận Kühtai, Tyrol, Áo

Oreopolus glacialis chụp tháng 1 năm 2007 từ vùng núi cao Andes

Việc tạo thành một cụm thực vật đệm mới trên một sườn dốc nhiều gió hoặc vùng lãnh nguyên khô cằn không phải là một sự kiện thường xuyên. Những cây đệm đã trưởng thành có thể đã hàng trăm năm tuổi, mặc dù chúng chỉ cao hơn bề mặt vài inch. Các cây này lan rộng theo chiều ngang là chính và có chiều rộng lớn hơn chiều cao.

Các loài thực vật đệm sẽ phát triển trong nhiều năm trước khi sẵn sàng sinh sản lần đầu tiên. Cây chỉ phát triển tích cực trong khoảng thời gian ngắn khi có đủ nhiệt độ và ánh sáng mặt trời để quang hợp. Quá trình này có thể bắt đầu trước khi tuyết tan. Hình dạng của thực vật đệm thích nghi tốt với việc giữ không khí ấm áp của mùa hè bên trong cơ thể để kéo dài thời gian quang hợp. Cụm thực vật đệm ở độ cao lớn hơn thường nhỏ hơn và dày đặc hơn.^[6]

Cây trồng ở vùng núi cao hoặc cận núi cao phải đối mặt với thách thức trong việc thu thập và giữ nước. Một giải pháp để lấy nước là phát triển hệ thống rễ cây rộng lớn. Loài lưu ly miền núi có thể chỉ cao hơn mặt đất vài inch, nhưng rễ cái của nó có thể mọc sâu tới vài feet dưới mặt đất. Rễ cái dài là cần thiết vì lượng mưa thấp ở môi trường vùng núi cao và Bắc Cực, lượng nước chủ yếu là từ tuyết tan và đất nông thoát nước nhanh. Ngoài việc lấy nước, cây còn phải giữ độ ẩm để tồn tại trong môi trường khô hạn. Hình dạng phát triển nhỏ gọn của cây đệm làm giảm tác động của luồng không khí lạnh, khô trên bề mặt biểu bì nên giảm mất nước. Ngoài ra, nhiều loại cây đệm có lá nhỏ và nhiều thịt lá làm giảm tỷ số diện tích bề mặt với thể tích cơ thể (tỷ lệ S/V) của cây, giúp giảm tiếp xúc với môi trường nên giảm thoát hơi nước và giữ nước. Ở môi trường núi cao, nhiệt độ thấp là yếu tố hạn chế sự phát triển. Vì vậy, nhờ có thân và lá mọc dày đặc, cây đệm có thể giữ nhiệt từ ánh sáng mặt trời, khiến chúng ấm hơn vài độ so với nhiệt độ không khí xung quanh và kéo dài thời gian sinh trưởng. Nhiều loại cây đệm núi cao cũng có lớp lông dày trên bề mặt cơ thể có tác dụng làm ấm không khí bị giữ lại giữa các sợi lông khi mặt trời chiếu sáng. Những sợi lông này hoạt động như một nhà kính và chúng cũng hoạt động như tấm chắn gió, ngăn gió thổi đi nhiệt lượng được giữ lại.^[7]

Thực vật đệm có thể có hoa lớn và rực rỡ (khi so sánh kích thước đối với một cây lâu năm nhỏ) hoặc đôi khi có hàng trăm bông hoa nhỏ.^[6] Điều này là cần thiết để thu hút các loài thụ phấn từ khoảng cách xa và trong mùa sinh trưởng ngắn.

Cây đệm được mô tả là kỹ sư hệ sinh thái vì khả năng duy trì độ ẩm và nhiệt độ lớp đệm ở mức cao ±15 °C (±27 °F) so với nhiệt độ đất liền kề. Một số loài, cụ thể là Mulinum leptacanthum và Oreopolus glacialis, đã được xác định là loài làm thay đổi nồng độ chất dinh dưỡng đa lượng trong đất. Những đặc điểm này cho phép các loài khác dễ dàng phát triển tại môi trường khắc nghiệt mà thực vật đệm sinh sống. Do đó, mức độ đa dạng của loài được chứng minh là tăng lên rõ rệt ở nơi mà các loài thực vật đệm đã tiên phong sinh sống.^[3]

Đa dạng sinh học

Hình thái thực vật đệm không phải là đặc hữu của bất kỳ khu vực hay họ thực vật nào. Khoảng 338 loài thực vật đệm trên toàn thế giới thuộc 78 chi ở các khu vực trải dài từ Tasmania, New Zealand và Tierra del Fuego đến vùng lãnh nguyên Bắc Cực Svalbard đã cùng tiến hóa thành một dạng hình thái thực vật giống nhau để thích nghi với các điều kiện môi trường tương tự. 34 họ thực vật đa dạng, chẳng hạn như Apiaceae, Asteraceae, Caryophyllaceae, Donatiaceae và Stylidiaceae có các loài thực vật đệm.^[2][3][8][9]

Tham khảo

1. Malcolm, Bill; Nancy Malcolm (1988). New Zealand's Alpine Plants Inside and Out. Wellington, NZ: Kel Aiken Printing Company. tr. 61–68. ISBN 0-908802-04-8.
2. ^ Went, F. W. (1971). “Parallel evolution”. Taxon. 20 (2/3): 197-226. doi:10.2307/1218877..
3. ^ Badano, E. I., Jones, C. G., Cavieres, L. A., and Wright, J. P. (2006). “Assessing impacts of ecosystem engineers on community organization: a general approach illustrated by effects of a high-Andean cushion plant”. OIKOS. 115 (2): 369-385. doi:10.1111/j.2006.0030-1299.15132.x.
4. McCarthy, D. P. (1992). “Dating with cushion plants: establishment of a Silene acaulis growth curve in the Canadian Rockies”. Arctic and Alpine Research. 24 (1): 50-55. doi:10.1080/00040851.1992.12002926.
5. Ralph, C. P. (1978). “Observations on Azorella compacta (Umbelliferae), a tropical Andean cushion plant”. Biotropica. 10 (1): 62-67. doi:10.2307/2388107.
6. ^ Alatalo, J.M. and Molau, U. (1995). “Effect of altitude on the sex ratio in populations of Silene acaulis”. Nordic Journal of Botany. 15 (3): 251-256. doi:10.1111/j.1756-1051.1995.tb00150.x.
7. Adams, J. M. (2007). Vegetation-climate interaction how vegetation makes the global environment (PDF). Berlin: Springer. tr. 82.
8. Heusser, C. J. (1995). “Palaeoecology of a Donatia–Astelia cushion bog, Magellanic Moorland-Subantarctic Evergreen Forest transition, southern Tierra del Fuego, Argentina”. Review of Palaeobotany and Palynology. 89: 429-440. doi:10.1016/0034-6667(95)00004-2.
9. Corbett, C. (1995). Pollination Ecology in a Tasmanian Alpine Environment (BSc Honours thesis). Australia: School of Geography and Environmental Studies, University of Tasmania.

Liên kết ngoài

• Tasmanian treasures - Cushion plants