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.

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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