A study published this week in the renowned journal Nature shows clear signs of destabilizing carbon uptake by land ecosystems in large regions of the world. In particular, the difference between the CO₂ taken up and the CO2 released into the atmosphere in these regions increasingly differs across years, with high plant productivity (and high carbon sequestration) in some years and low plant productivity (and low sequestration) in others. The study’s authors warn that such increasing variability indicates a risk of ecosystems becoming destabilized, spiralling away from their current situation and undergoing abrupt changes.

“We have not only detected an increase in variability in these areas, but also an increase in their ‘memory’ — temporal autocorrelation — which indicates that carbon uptake in one year is increasingly positively related to the previous year. A lower carbon uptake in one year is therefore becoming more likely to be followed by an even lower uptake the next year, ” says the study’s lead author, Marcos Fernández, researcher at CREAF and University of Antwerp “These are clear symptoms of a possible destabilization of the major ecosystems affected, something that might entail an abrupt change in the way they work and, in their landscapes,” he continues. “In Mediterranean ecosystems, for example, forests could become scrublands that are unable to turn back into forests in the current climate.”

The study confirms that that the areas most at risk of destabilization have less forest cover and more cropland, are warmer, and have experienced greater rises in temperature variability, which could be related to an increase in extreme weather events, such as heatwaves and cold snaps. These areas include the Mediterranean region, eastern Africa, the west coasts of North and Central America, India and Pakistan, and Southeast Asia.

To carry out the study, the research team worked with global net ecosystem production data for the 1981-2018 period from CAMS and CarboScope, two global atmospheric inversion models. They also used net ecosystem production data from TRENDY, an ensemble of 12 dynamic global vegetation models.

Instability constrains carbon sequestration

The study shows that carbon sequestration capacity has been compromised in the regions with the greatest potential for destabilization in recent years.

The study shows that carbon sequestration capacity has been compromised in the regions with the greatest potential for destabilization in recent years , whereas it has increased in areas where variability has declined, such as the Amazon and parts of central and northern Europe. “In the case of the Amazon, despite carbon having been lost on average over the study period, the losses are smaller and smaller because these systems have actually been increasing their carbon sequestration capacity,” explains CREAF-based CSIC research professor Josep Peñuelas.

“Being able to predict the carbon cycle is vital to combating climate change If their carbon uptake capacity declines, society will need to reduce their carbon emissions faster than is currently assumed” remarks CREAF researcher Jordi Sardans, another of the study’s authors. “While we do not yet know whether such abrupt changes will alter the climate or plants’ carbon sequestration capacity, a possible destabilization of large regions of the biosphere complicates making predictions because it greatly increases variability.”

Does greater biodiversity mean more stability?

The study found variability in carbon sequestration to be at its greatest in regions with intermediate biodiversity too.

In ecology, it is always said that the most biodiverse ecosystems, those with the greatest wealth and diversity of species, are the most stable and productive, giving them the highest carbon sequestration capacity. The study put that notion to the test in all the regions under analysis. The researchers found carbon sequestration rates to be highest in regions with intermediate biodiversity values, and lower in places with a very high level of biodiversity, such as the tropics.. According to the authors, this could be due to the positive effect that biodiversity has on decomposition and respiration, offsetting the positive effect of photosynthesis in tropical ecosystems, something that would not happen in other ecosystems. Additionally, and in contrast to what was previously thought, the study found variability in carbon sequestration to be at its greatest in regions with intermediate biodiversity too. Given the global scale of the study, it is very difficult to pinpoint the mechanisms that have given rise to its findings.

Led by CREAFand Antwerp University, the study was carried out by a team including scientists from the Spanish National Research Council CSIC, the University of Barcelona, the University of Paris-Saclay , (France), theInternational Institute for Applied Systems Analysis(Austria), University of Oxford(UK), the Max Planck Institute for Biogeochemistry, (Germany), the University of Exeter (UK), the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (Canada), the University of Illinois (USA), the National Center for Atmospheric Research (USA), and the National Centre for Atmospheric Science (UK).

Article:

Fernández- Martínez M. Peñuelas J. Chevallier F, Ciais P, Obersteiner M, Rödenbeck C, Sardans J, Vicca S, Yang H, Sitch S, Friedlingstein P, Arora K, Goll D, K.Jain A,.Lombardozzi D, McGuire P, A.Janssens I, Diagnosing destabilization risk in global land carbon sinks. Nature DOI : 10.1038/s41586-023-05725-1 2021-11-17874

Source: https://blog.creaf.cat/en/noticias/carbon-sequestration-risk-destabilization-large-regions-world/

Un estudio publicado esta semana en la prestigiosa revista Nature ha detectado signos claros de que el secuestro de carbono está en riesgo de desestabilizarse en grandes regiones del planeta. El estudio demuestra que, en algunas zonas, el secuestro de carbono (la diferencia entre el CO₂ que capturan y liberan los ecosistemas a la atmósfera) ha variado mucho en los últimos años, con años con mucha productividad vegetal (mucho secuestro) y años con poca (poco secuestro). Los autores alertan de que esta variabilidad es una señal de que los ecosistemas podrían estar en riesgo de desestabilizarse y entrar en una espiral que les alejase de la situación actual y los llevara a cambios abruptos.

«Por ejemplo, en los ecosistemas mediterráneos, podríamos ver bosques que pasan a ser matorrales sin capacidad de volver a la forma original de bosque», comenta Marcos Fernández, primer autor del estudio, investigador del CREAF y colaborador de la Universidad de Barcelona que estaba en la Universidad de Antwerp en el momento de la investigación, y añade, “en estas zonas también hemos detectado otra señal, un aumento en su “memoria” (autocorrelación temporal), indicando que cada valor está cada vez más positivamente relacionado con lo anterior de modo que si un valor es decreciente, el siguiente será aún más decreciente”.

El estudio confirma que las zonas que más riesgo presentan de desestabilizarse tienen menos bosques, más cultivos, son más cálidas y han sufrido mayores aumentos en la variabilidad de sus temperaturas, lo que podría estar relacionado con un aumento de los episodios de tiempo extremo como oleadas de calor y de frío. En el mapa, estas regiones serían la zona mediterránea, la zona este de África oriental, las costas occidentales de Norte América y Centro Americano, India y Pakistán o el sureste asiático.

Para realizar el estudio el equipo de investigación ha trabajado con los datos globales de producción neta de los ecosistemas para el período 1981-2018 de dos modelos globales de inversión atmosférica (CAMS y CarboScope). También datos de producción limpia de los ecosistemas de un conjunto de 12 modelos dinámicos de vegetación global (TRENDY).

La naturaleza inestable limita el secuestro de carbono

El estudio pone de manifiesto que las regiones con un potencial más elevado de desestabilizarse en los últimos años han visto comprometida su capacidad de secuestrar carbono.

El estudio pone de manifiesto que las regiones con un potencial más elevado de desestabilizarse en los últimos años han visto comprometida su capacidad de secuestrar carbono. Por el contrario, las zonas que han tendido a ser menos variables (Amazonas o regiones del centro y norte de Europa, entre otras) han aumentado su capacidad de secuestrar carbono. «En el caso del Amazonas vemos concretamente que aunque durante el período de estudio, de media, ha perdido carbono, cada vez pierde menos porque el sistema es ahora menos variable que antes», complementa Josep Peñuelas, profesor de investigación del CSIC en el CREAF.

“Poder predecir el ciclo del carbono es clave en la lucha contra el cambio climático. Aunque todavía no sabemos si estos cambios abruptos traerán cambios en el clima o en la capacidad de las plantas de secuestrar carbono, una potencial desestabilización de grandes regiones de la biosfera nos hace las predicciones más difíciles porque aumenta mucho la variabilidad”, comenta Jordi Sardans, también autor e investigador del CREAF.

¿Los sistemas que tienen más biodiversidad, son más estables?

La máxima variabilidad en el secuestro de carbono también se da en regiones con biodiversidad intermedia

En ecología siempre se dice que los ecosistemas más biodiversos, con mayor diversidad y riqueza de especies, son más estables y productivos, y por tanto tienen más capacidad de secuestrar carbono. En este estudio se ha querido testear esto en todas las regiones del mundo estudiadas y se ha visto que las tasas más elevadas de secuestro de carbono se dan en regiones con biodiversidad intermedia, mientras que en lugares donde la biodiversidad es muy elevada, como ahora los trópicos, esta capacidad de secuestro de carbono es menor.. Según apuntan los investigadores, esto puede deberse a que el efecto positivo de la biodiversidad sobre la descomposición y respiración de los ecosistemas tropicales podría compensar el efecto positivo sobre la fotosíntesis, lo que no ocurriría en otros ecosistemas. Por otra parte, y en contra de lo que se pensaba, este trabajo también apunta a que la máxima variabilidad en el secuestro de carbono también se da en regiones con biodiversidad intermedia. Dada la escala global de este estudio, entender los mecanismos detrás de estos resultados resulta muy difícil.

El artículo ha estado liderado por el CREAF y la Universitat de Antwerp, Bélgica, ha contado con la colaboración de un equipo con miembros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC, de la Universitat de Barcelona, la Universidad Paris-Saclay, Francia, delInternational Institute for Applied Systems Analysis, Austria, la Universidad de Oxford, Reino Unido, del Max Planck Institute for Biogeochemistry, Alemania, de la Universidad de Exeter, Reino Unido, del Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis , Canada, de la Universidad de Illinois, EEUU, del National Center for Atmospheric Research, EEUU y del National Centre for Atmospheric Science, Reino Unido.

Artículo:

Fernández- Martínez M. Peñuelas J. Chevallier F, Ciais P, Obersteiner M, Rödenbeck C, Sardans J, Vicca S, Yang H, Sitch S, Friedlingstein P, Arora K, Goll D, K.Jain A,.Lombardozzi D, McGuire P, A.Janssens I, Diagnosing destabilization risk in global land carbon sinks. Nature DOI : 10.1038/s41586-023-05725-1 2021-11-17874

Fuente: https://blog.creaf.cat/es/noticias/secuestro-carbono-riesgo-desestabilizarse-grandes-regiones-planeta/

Un estudi publicat aquesta setmana a la prestigiosa revista Nature ha detectat signes clars de que el segrest de carboni està en risc de desestabilitzar-se en grans regions del planeta. L’estudi demostra que, en algunes zones, el segrest de carboni (la diferencia entre el CO₂ que capturen i alliberen els ecosistemes a l’atmosfera) ha variat molt els darrers anys, amb anys amb molta productivitat vegetal (molt segrest) i anys amb poca (poc segrest). Els autors alerten que aquesta variabilitat és una senyal que els ecosistemes podrien estar en risc de desestabilitzar-se i entrar en una espiral que els allunyés de la situació actual i els portés a canvis abruptes.

“Per exemple, als ecosistemes mediterranis, hi podríem veure boscos que passen a ser matollars sense capacitat de retornar a la forma original de bosc”, comenta Marcos Fernández, primer autor de l’estudi, investigador del CREAF i col·laborador de la Universitat de Barcelona que estava a la Universitat d’Antwerp en el moment de la recerca , i afegeix, “en aquestes zones també hem detectat una altra senyal, un augment en la seva “memòria” (autocorrelació temporal), indicant que cada valor està cada cop més positivament relacionat amb l’anterior de manera que si un valor és decreixent, el següent encara serà més decreixent”.

L’estudi confirma que les zones que més risc presenten de desestabilitzar-se tenen menys boscos, més conreus, són més càlides i han patit augments més grans en la variabilitat de les seves temperatures, el que podria estar relacionat amb un augment dels episodis de temps extrem com ara onades de calor i de fred. En el mapa, aquestes regions serien la zona mediterrània, la zona est d’Àfrica oriental, les costes occidentals de Nord Amèrica y Centre Americà, Índia i Pakistan o el sud est asiàtic.

Per fer l’estudi l’equip de recerca ha treballat amb les dades globals de producció neta dels ecosistemes per al període 1981-2018 de dos models globals d’inversió atmosfèrica (CAMS i CarboScope). També dades de producció neta dels ecosistemes d’un conjunt de 12 models dinàmics de vegetació global (TRENDY).

La natura inestable limita el segrest de carboni

L’estudi fa palès que les regions amb un potencial més elevat de desestabilitzar-se els darrers anys han vist compromesa la seva capacitat de segrestar carboni.

L’estudi fa palès que les regions amb un potencial més elevat de desestabilitzar-se els darrers anys han vist compromesa la seva capacitat de segrestar carboni. Al contrari, les zones que han tendit a ser menys variables (Amazones o regions del centre i nord d’Europa, entre d’altres) han augmentat la seva  capacitat de segrestar carboni. “En el cas de l’Amazones veiem concretament que tot i que durant el període d’estudi, de mitjana, ha perdut carboni, cada cop en perd menys perquè el sistema és ara menys variable que abans”, complementa Josep Peñuelas, professor d’investigació del CSIC al CREAF.

“Poder predir el cicle del carboni és clau en la lluita contra el canvi climàtic. Tot i que encara no sabem si aquests canvis abruptes portaran canvis en el clima o en la capacitat de les plantes de segrestar carboni, una potencial desestabilització de grans regions de la biosfera ens fa les prediccions més difícils perquè augmenta molt la variabilitat”, comenta Jordi Sardans, també autor i investigador del CREAF.

Els sistemes que tenen més biodiversitat són més estables?

La màxima variabilitat en el segrest de carboni també es dona en regions amb biodiversitat intermèdia.

En ecologia sempre es diu que els ecosistemes més biodiversos, amb més diversitat i riquesa d’espècies, són més estables i productius, i per tant tenen més capacitat de segrestar carboni. En aquest estudi s’ha volgut testejar això en totes les regions del món estudiades i s’ha vist que les taxes més elevades de segrest de carboni es donen a regions amb biodiversitat intermèdia, mentre que a llocs on la biodiversitat és molt elevada, com ara els tròpics, aquesta capacitat de segrest de carboni és més baixa. Segons apunten els investigadors, això pot ser degut a que l’efecte positiu de la biodiversitat sobre la descomposició i respiració dels ecosistemes tropicals podria compensar l’efecte positiu sobre la fotosíntesi, cosa que no passaria en altres ecosistemes. D’altra banda, i en contra del que es pensava, aquest treball també apunta a que la màxima variabilitat en el segrest de carboni també es dona en regions amb biodiversitat intermèdia. Donada l’escala global d’aquest estudi, escatir els mecanismes darrera d’aquests resultats resulta molt difícil.

L’article ha estat liderat pel CREAF i la Universitat d’Antwerp, Bèlgica, ha comptat amb la col·laboració d’un equip amb membres del Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC, de la Universitat de Barcelona, la Universitat Paris-Saclay, França, de l’International Institute for Applied Systems Analysis, Àustria, la Universitat d’Oxford, Regne Unit, del Max Planck Institute for Biogeochemistry, Alemanya, de la Universitat d’Exeter, Regne Unit, del Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis, Canada, de la Universitat d’Illinois, EEUU, del National Center for Atmospheric Research, EEUU i del National Centre for Atmospheric Science, Regne Unit.

Article:

Fernández- Martínez M. Peñuelas J. Chevallier F, Ciais P, Obersteiner M, Rödenbeck C, Sardans J, Vicca S, Yang H, Sitch S, Friedlingstein P, Arora K, Goll D, K.Jain A,.Lombardozzi D, McGuire P, A.Janssens I, Diagnosing destabilization risk in global land carbon sinks. Nature DOI : 10.1038/s41586-023-05725-1 2021-11-17874

Font: https://blog.creaf.cat/noticies/segrest-carboni-risc-desestabilitzar-se-grans-regions-del-planeta/

Hypoxia, defined as dissolved oxygen (DO) in water < 2 mg L-1, has occurred worldwide in estuarine and coastal environments during the past five decades. Estuarine and coastal hypoxia not only alters regional biogeochemical processes and also affects biodiversity and fisheries. It is well known that climate warming and eutrophication are increasingly important to hypoxia occurrence in terrestrial aquatic environments, the mechanisms underlying estuarine and coastal hypoxia, however, are still poorly constrained, mostly due to the limited long-term observation and interpretation.

In a new study published in the journal JGR Biogeosciences, authors compared DO concentrations and the driving factors of hypoxia between northwestern and southern Hong Kong and Mirs Bay.

According to the study, deoxygenation was weak in the bottom layer in northwestern Hong Kong, although the DO was consistently undersaturated, whereas a rapid decrease in the annual minimum DO was observed in the bottom layer in southern Hong Kong and Mirs Bay. “The seasonal DO depletion and/or hypoxia in the bottom water was accompanied by supersaturated DO and high Chl-a in surface water in southern Hong Kong, indicating local excessive productivity and triggering oxygen depletion” comments Dr. Wwi Qian from the Key Laboratory for Humid Subtropical Eco-geographical Processes of the Ministry of Education, Fujian Normal University, China.

The predeoxygenation of bottom water and long water residence time have contributed to the deoxygenation in Mirs Bay. Water stratification could exacerbate hypoxia by preventing oxygen replenishment from the surface to the bottom layers. The upwelling water from the South China Sea and/or Kuroshio contributed inappreciably to the significant deoxygenation in southern Hong Kong and Mirs Bay.

“These results suggest that enhanced productivity and oxygen consumption, combined with stratification and currents, are increasingly driving hypoxia in the Pearl River Estuary and adjacent areas” concludes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona

Reference: Qian, W., Zhang, S., Tong, C., Sardans, J., Peñuelas, J., Li, X. 2022. Long-term Patterns of Dissolved Oxygen Dynamics in the Pearl River Estuary. JGR Biogeosciences 127(7), e2022JG006967, doi: 10.1029/2022JG006967.

Climatic warming has lengthened the photosynthetically active season in recent decades, thus affecting the functioning and biogeochemistry of ecosystems, the global carbon cycle, and climate. The temperature response of carbon uptake phenology varies spatially and temporally, even within species, and the daily total intensity of radiation may play a role.

In a new study, published in the journal Global Change Biology, authors empirically modelled the thresholds of temperature and radiation under which daily carbon uptake is constrained in the temperate and cold regions of the Northern Hemisphere, which include temperate forests, boreal forests, alpine, and tundra biomes.

According to the study, radiation will constrain the trend towards longer growing seasons with future warming, but differently during the start and end of season and depending on the biome type and region. The study revealed that radiation is a major factor limiting photosynthetic activity that constrains the phenology response to temperature during the end-of-season. The beginning of carbon uptake, on the other hand, is highly sensitive to temperature but not constrained by radiation at the hemispheric scale. Dr. Adrià Descals from CREAF-CSIC says “Our results show that the photosynthetically active season in evergreen needleleaved forests begins shortly after conditions for growth become favorable and ends when these conditions get worse.” He also says, “It is important to take into account radiation, temperature, and their covariance when modeling the photosynthetically active season in evergreen needleleaved forests and their responses to climatic warming.” 

The study shows that the senescence stage has a low temperature dependency due to the constraints of radiation, and this might be a reason for the lower magnitude in the end-of-season delay than the start-of-season advance.

“This study thus revealed that while at the end-of-season the phenology response to warming is constrained at the hemispheric scale, at the start-of-season the advance of spring onset may continue, even if it is at a slower pace”, concludes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona

Reference: Descals, A., Verger, A., Yin, G., Filella, I., Fu, Y.H., Piao, S., Janssens, I.A., Peñuelas, J. 2022. Radiation‐constrained boundaries cause nonuniform responses of the carbon uptake phenology to climatic warming in the Northern Hemisphere. Global Change Biology, doi: 10.1111/gcb.16502, in press.

As air temperature rises, the phenological cycle of Northern Hemisphere (NH) ecosystems is shifting progressively towards earlier leaf emergence and delayed leaf senescence, which leads to rapid lengthening of the active growing season.

Vegetation biophysics have long been recognized as a key regulator of seasonal air temperature climatology. For example, in early spring, the rate of air temperature increase rapidly decreases after leaf unfolding (typically for deciduous forests) due to increased transpiration after leaf-out that can effectively cool the leaf surface.

In a new study published in the journal Nature Communications, authors go into the critical role of plants in local temperature seasonality suggesting that greening will alter the seasonality of NH warming at annual to decadal timescales.

According to the study, vegetation greening also affects climate by interacting with other land-surface (e.g., snow or soil moisture) and atmospheric (e.g., water vapor, cloud, and circulation) processes the effects of which vary both geographically and seasonally. Thus, seasonal greening of Northern Hemisphere (NH) ecosystems, due to extended growing periods and enhanced photosynthetic activity, could modify near-surface warming by perturbing land-atmosphere energy exchanges, yet this biophysical control on warming seasonality is underexplored.

“We show that summer greening effectively dampens NH warming by −0.15 ± 0.03 °C for 1982–2014 due to enhanced evapotranspiration. However, greening generates weak temperature changes in spring (+0.02 ± 0.06 °C) and autumn (−0.05 ± 0.05 °C), because the evaporative cooling is counterbalanced by radiative warming from albedo and water vapor feedbacks. Moreover, greening-triggered energy imbalance is propagated forward by atmospheric circulation to subsequent seasons and causes sizable time-lagged climate effects. Overall, greening makes winter warmer and summer cooler, attenuating the seasonal amplitude of NH temperature” explains Dr. Xu Lian from the Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing, China.

Thus, the study highlights the need to better understand these biophysical processes operating both within and across seasons so that their potential time-lagged climate benefits and/or counterproductive consequences will not be overlooked.

“These findings demonstrate complex tradeoffs and linkages of vegetation-climate feedbacks among seasons and highlights the need to better understand these biophysical processes operating both within and across seasons so that their potential time-lagged climate benefits and/or counterproductive consequences will not be overlooked”, concludes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona, who adds: “The regulatory role of greening on seasonal climate also has implications for adaptation planning and decision-making, as greening is now increasingly shaped by human land-use practices such as afforestation and reforestation”.

Reference: Lian, X., Jeong, S., Park, C-E., Xu, H., Li, L.Z.X., Wang, T., Gentine, P., Peñuelas, J., Piao, S. 2022. Biophysical impacts of northern vegetation changes on seasonal warming patterns. Nature Communications (2022) 13:3925.  Doi: 10.1038/s41467-022-31671-z.

Trees play a vital role in the biosphere. As key agents in the flow of energy and matter, they protect catchments and stabilize drainage areas, sequester carbon, and regulate climate on local to global scale. Trees also provide habitat for a large proportion of the diversity of the world’s vertebrates, invertebrates, and fungi. The magnitude of many of these functions and services increases as tree diversity increases, and greater functional diversity of tree assemblages enhances ecosystem productivity and stability. However, continued global forest loss and degradation has decimated biodiversity among tree and tree-dependent organisms.

In a new study published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, authors analyze a recently developed global database of 46,752 tree species’ ranges to:

1. assess range protection and anthropogenic pressures for tree species
2. identify priority areas for conservation of tree diversity considering multiple diversity dimensions
3. assess the geographic distribution of current protected areas and different potential conservation prioritization scenarios and their respective coverage of global tree species diversity.

According to this research study, globally, 83.8% of the 46,752 tree species evaluated in this analysis are subject to moderate to very high human pressure, with protected areas (PA) grid cells covering only ≤25% of the ranges for 23.5% of tree species. Further, a total of 6,377 small-range tree species remain completely unprotected, according to the study. At the same time, a total of 14.8% tree species experience high to very high human pressure even within existing PAs.

Further analysis carried out by the authors found existing PA grid cells are estimated to cover only about half of the critical areas for tree diversity, as quantified by taxonomic, phylogenetic and functional diversity dimensions. These results highlight the pressing need for stronger protection of Earth’s tree diversity. “Our results also show that expanding PAs according to the top 17% and especially the 50% priority areas, would yield strong improvements in PA coverage of trees, as would implementing some of the major proposals for increased general biodiversity protection, notably the Global 200 Ecoregions framework”, explains Dr. Guo from the Aarhus University (Denmark) and the East China Normal University (China).

The priority areas identified for trees match well to the Global 200 Ecoregions framework, revealing that priority areas for trees would in large part also optimize protection for terrestrial biodiversity overall.

“Based on range estimates for an unprecedented number of tree species, our findings show that a large proportion of tree species receive limited protection by current PAs and are under substantial human pressure. Improved protection of biodiversity overall would robustly benefit global tree diversity”, concludes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona.

Reference: Guo, W-Y., Serra-Diaz, J.M., Schrodt, F., Eiserhardt, W.L., Maitner, B.S., Merow, C., Violle, C., Anand, M., Belluau, M., Bruun, H.H., Byun, C., Catford, J.A., Cerabolini, B.E.L., Chacón-Madrigal, E., Ciccarelli, D., Cornelissen, J.H.C., Dang-Le, A.T., de Frutos, A., Dias, A.S., Giroldo, A.B., Guo, K., Gutiérrez, A.G., Hattingh, W., He, T., Hietz, P., Hough-Snee, N., Jansen, S., Kattge, J., Klein, T., Komac, B., Kraft, N., Kramer, K., Lavorel, S., Lusk, C.H., Martin, A.R., Mencuccini, M., Michaletz, S.T., Minden, V., Mori, A.S., Niinemets, U., Onoda, Y., Peñuelas, J., Pillar, V.D., Pisek, J., Robroek, B.J.M., Schamp, B., Slot, M., Egon Sosinski Jr., E., Soudzilovskaia, N.A., Thiffault, N., van Bodegom, P., van der Plas, F., Wright, J.J., Bing Xu, W., Zheng, J., Enquist, B.J., Svenning, J.C.. 2022. High exposure of global tree diversity to human pressure. Proceedings of the National Academy of Sciences 119 (25), e2026733119. Doi: 10.1073/pnas.2026733119 1.

Trees may benefit from advanced springs in cold humid areas but not in dry areas

Under accelerating global change, large changes are happening in the onset, duration and cessation of the vegetative season in extratropical ecosystems. These changes directly influence vegetation phenology. Numerous studies have shown a tight link between thermal conditions and leaf phenology, but there is still a lack of knowledge on the impacts of phenological changes on tree growth since the beneficial effects of spring warmth on growing season productivity can be dramatically offset by increasing carbon losses due to summer droughts or autumn warming. Tree stem wood is the primary long-term carbon storage pool in forests. A wood-oriented view on phenological impacts is thus essential for predicting changes in growth and productivity.

In a new study published in the journal Nature Ecology and Evolution, authors assessed the relationships between the start of the thermal growing season and tree growth across the extratropical Northern Hemisphere using 3,451 tree-ring chronologies and daily climatic data for 1948–2014. According to the study an earlier start of the thermal growing season promoted growth in regions with high ratios of precipitation to temperature but limited growth in cold–dry regions. “Path analyses carried out indicated that an earlier start of the thermal growing season enhanced growth primarily by alleviating thermal limitations on wood formation in boreal forests and by lengthening the period of growth in temperate and Mediterranean forests” comments Prof Eryuan Liang, from the State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment (TPESRE), Chinese Academy of Sciences, China.

“Semi-arid and dry subalpine forests, however, did not benefit from an earlier onset of growth and a longer growing season, presumably due to associated water loss and/or more frequent early spring frosts. These emergent patterns of how climatic impacts on wood phenology affect tree growth at regional to hemispheric scales hint at how future phenological changes may affect the carbon sequestration capacity of extratropical forest ecosystems”, explains Dr. Gao from the same research institute.

Authors addressed these questions by investigating the relationships between the thermal start of season (TSOS) and tree radial growth across the extratropical Northern Hemisphere with correlation analyses and by identifying the dominant mechanisms controlling the relationships in path analyses for several regions with contrasting climates. A total of 3451 tree-ring width chronologies and daily climatic data for 1948-2014 were used to conduct these analyses.

Areas where tree growth benefit from an advanced TSOS are generally located at the higher latitudes (above 60°N), in central Europe, as well as in eastern and western coastal North America. These cool and humid regions are not strongly limited by water availability during the growing season. The regions with negative effects of advanced TSOS on growth were mainly located on the Colorado Plateau and the Tibetan Plateau, which correspond to cold and dry conditions, where forests are typically limited by a number of factors including low temperatures, drought events, and poor soil fertility.

The study further asked why a changing TSOS affects tree growth and tested a series of hypotheses: (1) an advanced TSOS will extend the vegetative season, so that trees have more time to grow; (2) an advanced TSOS will result in higher heat accumulation, so that trees can grow faster; (3) an advanced TSOS will alter the soil moisture conditions and thereby affect tree growth. Based on these hypotheses, authors proposed a path model and decomposed the effect of advanced TSOS on growth. The study found distinct latitudinal responses:

• In boreal forests of northern Asia and Europe, advanced TSOS enhanced tree growth primarily due to the alleviation of cold stress.
• In the temperate forests of central Europe and the eastern US coast, as well as in forests of the Mediterranean region and along the western US coast, advanced TSOS also enhanced growth, but primarily due to the extension of the growing season.
• In semi-arid forests of the Colorado Plateau and dry subalpine forests of the Tibetan Plateau, advanced TSOS did not benefit growth, as a longer growing season induces both atmospheric and soil drought there and increases the risk of tree exposure to spring frost

“This study reveals how climate affects tree growth through wood phenology and contributes to improving our ability to predict trends in the capacity of forests to sequester carbon at regional to global scales, especially in extratropical forest ecosystems” concludes Prof. Josep Penuelas from CREAF-CSIC Barcelona.

Reference: Gao, S., Liang, E., Liu, R., Babst, F., Camarero, J.J., Fu, Y.H., Piao, S., Rossi, S., Shen, M., Wang, T., Peñuelas, J. 2022. An earlier start of the thermal growing season enhances tree growth in cold humid areas but not in dry areas. Nature Ecology and Evolution. Doi: 10.1038/s41559-022-01668-4

Un avançament de la temporada de creixement dels arbres millora el seu creixement en àrees fredes i humides però no en àrees seques

Els efectes del canvi global inclouen grans canvis en l’inici, la durada i el final de la temporada vegetativa de les plantes. Nombrosos estudis han demostrat un vincle estret entre les condicions tèrmiques i la fenologia de les fulles, però encara manca informació sobre els impactes d’aquests canvis fenològics en el creixement dels arbres, ja que els efectes beneficiosos de la calor primaveral en la productivitat de la temporada de creixement poden ser dràsticament contrarestats per l’augment de les pèrdues de carboni a causa de les sequeres estivals o de l’escalfament de la tardor. La fusta del tronc dels arbres és el principal magatzem de carboni a llarg termini als boscos, de manera que estudiar  els impactes fenològics a la fusta és crucial per a predir els canvis en el creixement i la productivitat de les plantes.

En un nou estudi publicat a la revista Nature Ecology and Evolution, els autors van avaluar les relacions entre el canvi climàtic i el creixement dels arbres a l’hemisferi nord extratropical, tot utilitzant 3451 cronologies del creixement radial dels arbres i dades climàtiques diàries entre 1948 i 2014. Segons l’estudi, el progressiu escalfament climàtic va promoure el creixement en regions amb elevades precipitacions i temperatures, però un creixement limitat en regions fredes i seques. El Prof. Eryuan Liang, de l’Acadèmia de Ciències de la Xina, explica que les anàlisis realitzades van indicar que un avançament de la temporada de creixement generat per l’escalfament climàtic va millorar el creixement principalment a causa de la reducció de les limitacions tèrmiques en la formació de fusta als boscos boreals i també a l’allargar el període de creixement als boscos temperats i mediterranis.

• 

El Dr. Gao, del mateix institut de recerca, afegeix que els boscos subalpins secs i semiàrids, en canvi, no es van beneficiar d’aquest avançament i major durada de la temporada de creixement, presumiblement a causa de la pèrdua d’aigua associada i /o a una major freqüència de gelades primaverals. Aquests patrons emergents de com els impactes climàtics en la fenologia de la fusta afecten al creixement dels arbres a escales regionals i hemisfèriques, suggereixen la manera com els canvis fenològics futurs poden afectar a la capacitat de segrest de carboni dels ecosistemes forestals.

Les àrees on el creixement dels arbres es beneficia d’un avançament de la temporada de creixent generalment es trobaven en les latituds més altes (per sobre de 60 ° N), a l’Europa central, així com a les costes est i oest d’Amèrica del Nord. Aquestes regions fredes i humides no estan molt limitades per la disponibilitat d’aigua durant la temporada de creixement. Les regions amb efectes negatius de l’avançament de la temporada de creixent es van situar principalment a l’altiplà de Colorado i l’altiplà tibetà, que corresponen a regions fredes i seques, on els boscos solen estar limitats per una sèrie de factors que inclouen baixes temperatures, sequera i sòls pobres.

L’estudi es va preguntar també per què un avançament de la temporada de creixent afecta el creixement dels arbres i amb aquest objectiu va testar una sèrie d’hipòtesis: (1) un avançament de la temporada de creixent estendria la temporada vegetativa, de manera que els arbres tindrien més temps per créixer; (2) un avançament de la temporada de creixent donaria com a resultat una major acumulació de calor, de manera que els arbres podrien créixer més ràpid; (3) un avançament de la temporada de creixent alteraria les condicions d’humitat del terra i, per tant, afectaria al creixement dels arbres. En base a aquestes hipòtesis, els autors van realitzar diferents anàlisis estadístiques i van trobar diferents respostes en funció de la latitud:

• Als boscos boreals del nord d’Àsia i Europa, l’avançament de la temporada de creixent va millorar el creixement dels arbres, principalment a causa de la reducció de l’estrès per fred.
• Als boscos temperats de l’’Europa central i la costa est dels EUA, així com als boscos de la regió mediterrània i al llarg de la costa occidental dels EUA, l’avançament de la temporada de creixement també va millorar el creixement, però principalment a causa de l’extensió de la temporada.
• Als boscos semiàrids de l’altiplà de Colorado i als boscos subalpins secs de l’altiplà tibetà, l’avançament de la temporada de creixent no va beneficiar el creixement, ja que l’allargament de la temporada indueix allà sequera tant atmosfèrica com del sòl i augmenta el risc d’exposició dels arbres a les gelades primaverals.

El Prof. Josep Peñuelas del CREAF-CSIC Barcelona conclou que aquest estudi revela com el clima afecta el creixement dels arbres a través de la fenologia de la fusta i contribueix a millorar la nostra capacitat per predir tendències en la capacitat dels boscos per capturar carboni a escales regionals i globals, especialment en ecosistemes forestals extratropicals.

Referència: Gao, S., Liang, E., Liu, R., Babst, F., Camarero, J.J., Fu, Y.H., Piao, S., Rossi, S., Shen, M., Wang, T., Peñuelas, J. 2022. An earlier start of the thermal growing season enhances tree growth in cold humid areas but not in dry areas. Nature Ecology and Evolution. Doi: 10.1038/s41559-022-01668-4

Un inicio avanzado de la temporada de crecimiento mejora el crecimiento de los árboles en áreas frías y húmedas pero no en áreas secas

Los efectos del cambio global acelerado incluyen grandes cambios en el inicio, la duración y el final de la temporada vegetativa en los ecosistemas extratropicales. Numerosos estudios han demostrado un vínculo estrecho entre las condiciones térmicas y la fenología de las hojas, pero todavía falta información sobre los impactos de estos cambios fenológicos en el crecimiento de los árboles, ya que los efectos beneficiosos del calor primaveral en la productividad de la temporada de crecimiento pueden ser drásticamente contrarrestados por el aumento de las pérdidas de carbono debido a las sequías estivales o al calentamiento otoñal. La madera del tronco de los árboles es el principal almacén de carbono a largo plazo en los bosques, de forma que los estudios de los impactos del calentamiento climático sobre la fenología de la madera son, por lo tanto, esenciales para predecir los cambios en el crecimiento y la productividad y por tanto el almacenamiento de carbono.

En un nuevo estudio publicado en la revista Nature Ecology and Evolution, los autores evaluan las relaciones entre el calentamiento climático y el crecimiento de los árboles en el hemisferio norte extratropical, utilizando 3451 cronologías del crecimiento radial de los árboles y datos climáticos diarios entre 1948 y 2014. Según el estudio, un inicio avanzado de la temporada de crecimiento promovió el crecimiento en regiones con altas precipitaciones y temperaturas, pero un crecimiento limitado en regiones frías y secas. El Prof. Eryuan Liang, de la Academia de Ciencias de China, explica que los análisis realizados indican que un inicio avanzado de la temporada de crecimiento mejora el crecimiento principalmente debido a la reducción de las limitaciones térmicas en la formación de madera en los bosques boreales y también a alargar el período de crecimiento en los bosques templados y mediterráneos.

El Dr. Gao, del mismo instituto de investigación, añade que los bosques subalpinos secos y semiáridos, sin embargo, no se benefician de este inicio avanzado y de esta mayor duración de la temporada de crecimiento, presumiblemente debido a la pérdida de agua asociada y/o a las mayor frecuencia de heladas primaverales. Estos patrones emergentes de cómo los impactos climáticos en la fenología de la madera afectan al crecimiento de los árboles a escalas regionales y hemisféricas, sugieren la forma cómo los cambios fenológicos futuros pueden afectar a la capacidad de secuestro de carbono de los ecosistemas forestales extratropicales.  

Las áreas en las que el crecimiento de los árboles se beneficia de un avance de la temporada de crecimiento generalmente se encuentran a  latitudes más altas (por encima de 60 ° N), en Europa central, así como en la costa este y oeste de América del Norte. Estas regiones frías y húmedas no están altamente limitadas por la disponibilidad de agua durante la temporada de crecimiento. Las regiones con efectos negativos del avance de la temporada de crecimiento se ubican principalmente en la meseta de Colorado y la meseta tibetana, que corresponden a regiones frías y secas, donde los bosques suelen estar limitados por una serie de factores que incluyen bajas temperaturas, eventos de sequía y suelos pobres.

El estudio se preguntó además por qué un avance de la temporada de crecimiento afecta al crecimiento de los árboles y para ello testó una serie de hipótesis: (1) un avance de la temporada de crecimiento extendería la temporada vegetativa, de modo que los árboles tendrían más tiempo para crecer; (2) un avance de la temporada de crecimiento daría como resultado una mayor acumulación de calor, de modo que los árboles podrían crecer más rápido; (3) un avance de la temporada de crecimiento alteraría las condiciones de humedad del suelo y, por lo tanto, afectaría al crecimiento de los árboles. Con base a estas hipótesis, los autores realizaron diferentes análisis estadísticos y encontraron respuestas distintas en función de la latitud:

• En los bosques boreales del norte de Asia y Europa, el avance de la temporada de crecimiento mejoró el crecimiento de los árboles, principalmente debido a la reducción del estrés por frío.
• En los bosques templados de Europa central y la costa este de los EE. UU., así como en los bosques de la región mediterránea y a lo largo de la costa occidental de los EE. UU., el avance de la temporada de crecimiento también mejoró el crecimiento, pero principalmente debido a la extensión de la temporada de crecimiento.
• En los bosques semiáridos de la meseta de Colorado y los bosques subalpinos secos de la meseta tibetana, el avance de la temporada de crecimiento no benefició el crecimiento, ya que una temporada más larga induce allí sequía tanto atmosférica como del suelo y aumenta el riesgo de exposición de los árboles a las heladas primaverales.

El Prof. Josep Peñuelas del CREAF-CSIC. Barcelona concluye que este estudio revela cómo el clima afecta al crecimiento de los árboles a través de la fenología de la madera y contribuye a mejorar nuestra capacidad para predecir tendencias en la capacidad de los bosques para capturar carbono a escalas regionales y globales, especialmente en ecosistemas forestales extratropicales.

Referencia: Gao, S., Liang, E., Liu, R., Babst, F., Camarero, J.J., Fu, Y.H., Piao, S., Rossi, S., Shen, M., Wang, T., Peñuelas, J. 2022. An earlier start of the thermal growing season enhances tree growth in cold humid areas but not in dry areas. Nature Ecology and Evolution. Doi: 10.1038/s41559-022-01668-4