Trädringar berättar historien om vad som händer fysiologiskt eftersom brandsläckning gör skogarna tätare och mindre toleranta mot torka, skadedjur och skogsbränder, visar ny forskning.

Forskare vid Oregon State University och Utah State University studerade 2, 800 hektar blandad barrskog i centrala Oregon, med många av ponderosa tallarna i studieområdet som går tillbaka hundratals år före 1910, när släckning av skogsbränder blev federal politik.

Andra träd i området, där brandhistorien har studerats omfattande, var yngre, jämförelsevis eld- och torkaintoleranta grandgranar.

Resultaten, publiceras i Global förändringsbiologi , tyder på att när trädbestånden blev tjockare under det senaste århundradet, träd tvingades använda gradvis mer av den tyngre stabila isotopen av kol för fotosyntes, tyder på ökande torkstress då de begränsade passagen av gaser till deras löv.

Forskningen tyder också på att stigande koldioxidnivåer – atmosfärisk CO2 har ökat med 40 procent sedan industriålderns gryning – inte kan hjälpa träd att övervinna effekterna av att skogarna har blivit tätare utan bränder.

"Vi ville dokumentera banan för känslighet för torkstress som svar på progressivt ökande brandunderskott, och tröskelnivån för beläggning av bestånd där minskat motstånd och motståndskraft mot torkastress, barkborrar och en löpeld satte in, " sade studiens medförfattare Christopher Still från OSU College of Forestry. "Detta var en skärningspunkt mellan brandekologi och fysiologisk ekologi - två områden som inte möts så ofta som de borde."

Före 1910, frekventa låga bränder på ytan spelade en nyckelroll för att underhålla skogarna i de torra bergsregionerna i västra USA. Under decennierna sedan, de brandunderskott som var ett resultat av federal politik – i samverkan med bete, avverkning och markanvändningsförändringar – har orsakat stora strukturella förändringar i äldre skogar då skuggtoleranta och brandintoleranta arter har flyttat in.

Under samma tidsperiod, koncentrationerna av koldioxid i atmosfären har inte bara ökat utan gör det i en ökande takt; de högre CO2-koncentrationerna har en effekt på bladgasutbytet – de processer genom vilka träd får syre för andning och koldioxid för fotosyntes.

"Vi har länge vetat att brandsläckning har lett till trånga skogar, vilket innebär mer konkurrens om resurser, " sa College of Forestry doktorand Andrew Merschel, en annan medförfattare till studien. "Vi har vetat det på grund av det, träd är mer utsatta för torka, vilket är vettigt – det finns mindre vatten som når djupt under marken och fler träd som pumpar ut det. Vår forskning visar på ett fysiologiskt sätt vad som händer. Vi trodde att det skulle finnas signaler i årsträdets ringar, och det finns."

Ett träd lägger till en ring för varje år av tillväxt, och i ett barrträd består ringen av en ljusare "tidig trä" del och en mörkare "sen trä" komponent.

Ringstorleksvariation återspeglar temperatur och nederbörd vid den tidpunkt då tillväxten inträffade. Och kemin i varje ring berättar också en historia, inklusive om ett träd kan använda mer av den lättare kol-12-isotop det föredrar, eller var tvungen att använda relativt mer av den tyngre kol-13 isotopen för fotosyntes också.

Trädringar av kolisotoper har också visat att träd reagerar på torka genom att bli mer effektiva med sin vattenanvändning.

Det som inte var känt, fastän, var om ökad vattenanvändningseffektivitet, förstärkt av stigande CO2-koncentrationer, var tillräckligt för att övervinna ökad torkastress till följd av en nyligen inväxtpuls hos yngre, brandintoleranta träd.

"Ökad trädtäthet verkar överväga fördelarna med koldioxidgödsling, '"Sa Merschel." Det är inte nödvändigtvis dåligt om det är yngre, Torkkänsliga träd som etablerats sedan brand uteslöts dör eftersom det stämmer överens med hur dessa skogar brukade se ut - mer öppna, låter ponderosa tall leva till 600 år gammal. Färre träd och minskad konkurrens tillåter de gamla, brandsäkra träd som har överlevt århundraden av torka, insekter, och elden kommer att bestå som den strukturella ryggraden i torra skogar."

Huvudförfattaren Steven Voelker från Utah State University noterar att känsligheten för torka i skogarna i de torra bergsregionerna i Pacific Northwest kan förvärras eftersom klimatförändringarna ökar längden på den snöfria säsongen.

"När forskning från OSU och andra institutioner visar också att tätare skogar minskar snöpackningen över nordväst, " sa Voelker. "Vi kan inte förutsäga exakt hur alla dessa faktorer som påverkar skogen kommer att interagera i framtiden, men det är säkert att skogar med lägre täthet kommer att ha mer snö och mindre torkstress."

Och utan "stora förändringar av policy och förvaltning som syftar till att minska beståndstätheten, "Många skogar i centrala Oregon kommer att passera en tröskel som gör dem mindre motståndskraftiga mot torka och mindre motståndskraftiga mot skogsbränder och utbrott av barkbaggar, han sa.

Framtida arbete från denna forskargrupp kommer att utöka isotopanalyser av trädringar till olika områden i Oregon och andra delar av västra USA för att bedöma effekten av ökad konkurrens mellan barrskogar där det kan vara torrare och varmare-och därmed ge en mer omfattande syn på hur skogens motståndskraft har förändrats på grund av brandsläckning.