Stigande träddöd kan minska många skogars möjligheter att låsa kol genom att dra in växthusgaser från luften. För att riktigt förstå vad detta innebär för koldioxidbudgetar, forskare måste lösa pusslet om varför träd dör - och hur de reagerar på förändringar.

'Det finns utbredda observationer av ökande trädödlighet på grund av förändrat klimat och markanvändning, 'enligt ny forskning. Detta verkar förändra skogsmiljöer, med träd som blir yngre och kortare i många skogar, tillägger författarna.

Uppskattningar tyder på att skogar har absorberat upp till 30% av antropogena koldioxidutsläpp under de senaste decennierna. Även om de övergripande effekterna av trädförlust på kolcykeln är komplexa eftersom gamla träd och de unga som ersätter dem tar upp kol i olika takt, stigande dödlighet verkar påverka skogens förmåga att låsa kol.

Forskarna i den nya studien tror att högre dödlighet kan börja uppväga kapaciteten hos kvarvarande och nya träd för att bibehålla upptagningen på samma nivå - och potentiellt leda till en total minskning av taket och biomassa.

'Det är ganska oroande, för just nu, två till tre av tio molekyler koldioxid i atmosfären kommer tillbaka till skogen, men vi vet inte hur det kommer att fortsätta in i framtiden, sade doktor Thomas Pugh, en miljövetare vid University of Birmingham, STORBRITANNIEN.

Trots att trenden mot stigande dödlighet och förändrade sammansättning av träd i skogar har varit tydlig i mer lokaliserade studier, lagets litteraturöversyn och dataanalys av förändringar i markanvändningen har visat att detta sker på en bred basis, han säger.

Dr Pugh påpekar, dock, att det inte är möjligt att säga ännu om detta händer överallt eftersom många platser fortfarande inte har studerats. 'Det vi visar är att om du tittar över alla skogar, dessa trender är utbredda, även om olika platser rör sig i olika takt. '

Trädöd

Ytterligare forskning behövs för att förstå hur skogsförändringar relaterar till framtida koldioxidlagringsutsikter. Många studier har tittat på fotosyntesrelaterade effekter på lagring, men en annan viktig pusselbit är att förstå takten och orsakerna till träddöd i stor skala.

Tills nu, att få en global bild av detta har varit förvånansvärt svårt, säger Dr Pugh.

Detta beror delvis på att träd kan leva hundratals år - och även om du lyckas observera döden, orsaken är ofta oklar, han säger. Om du kan få den informationen för ett träd, du måste göra tusentals observationer för att förstå trender.

'Likaså, vi vet hur länge vissa trädslag kan leva, men vi vet inte hur länge de lever, "Dr Pugh tillade.

Ett projekt han leder heter TreeMort, som var inblandad i den nya forskningen, försöker förbättra förståelsen för livslängden genom att kombinera mätningar som gjorts under de senaste fyra decennierna från en mängd olika källor, inklusive lokala studier, skogsinventeringar, växtegenskapsdata och satellitobservationer. Först nyligen har tillräckligt med information samlats in för att verkligen göra detta, han säger.

Än så länge, laget har fått insikt om de mer synliga dödsorsakerna, konstaterar att cirka 12% av trädödligheten när det gäller förlust av biomassa över hela världen orsakas av stora störningar, som bränder, storskalig upprotning av träd genom vind, skörd och utbrott av skadedjur.

'Jag hade förväntat mig att större evenemang skulle stå för en större bråkdel totalt sett, sade doktor Pugh. 'De har så stor inverkan på landskapet, men det visar sig att i många skogar, det mesta sker i mindre skala. '

Skadedjur som barkbaggar, tillsammans med bränder, vind och skörd, ansvarar för storskaliga förstörelser i skogar, men dessa står bara för cirka 12% av trädens dödsfall. Bildkredit - Thomas Pugh

På samma gång, han blev förvånad i en separat studie över i vilken utsträckning träd i Europa tycktes "överväldigande" dö av skörd.

Nästa steg, han säger, är att få en bättre förståelse av orsakerna och tidpunkten för de återstående 88% från mindre synliga händelser, såsom skörd i mindre skala och upprotning med vind, tävling med närliggande träd, sjukdom, torka och långsiktiga klimateffekter som varmare temperaturer.

Under de senaste åren har Dr Pughs team har samlat och standardiserat data från en mängd olika studier, och är nu redo att ta en närmare titt.

Han tror att att få denna trädödsinformation - och lägga till den i forskning om fotosynteseffekter och trädantal - kan vara en "spelväxlare" i att förutse koldioxidbudgetar mer exakt. "Vi kommer inte att ta bort osäkerhet på något sätt ... men vi tror att vi kan sätta mycket snävare gränser för denna kolsänka."

Inte bara det, men att förstå träddödligheten har mycket större konsekvenser för förändringar av skogens ekosystem med avseende på blandningen och mångfalden av träd och djur som de innehåller. 'Det öppnar många möjligheter att bygga arbete utöver detta, eftersom takten i vilken träd dör har så många konsekvenser för ekosystem, sade doktor Pugh.

Mindre skala

Men vi har fortfarande mycket att lära om träd i en mycket mindre skala för att förbättra globala förutsägelser för koldioxidlagring över tid. Träd låser kol i deras trä och rötter när de växer, så att analysera tillväxten av trävävnad och hur detta påverkas av klimatvariationer kan belysa utsikterna för lagring.

INTREE -projektet försöker göra detta i tempererade skogar i Alperna och Kanada genom ett nytt tillvägagångssätt som det har utvecklat för att analysera bildandet av xylem - träig vävnad som leder vatten och näringsämnen.

Metoden, kallad 'intra-ring kvalitativ träanatomi', innebär nya anatomiska studier kombinerat med tidigare fynd från två traditionella metoder-långsiktig analys av årliga trädringar under årtionden, och kortare säsongsövervakning av veckovisa trästicklingar i mikroskop.

Att observera processer på båda skalorna är avgörande för att få en mer omfattande överblick, enligt Dr Daniele Castagneri, en forskare för INTREE vid Swiss Federal Institute for Forest, Snö- och landskapsforskning (WSL).

Några av teamets studier har redan antytt vikten av deras tillvägagångssätt. När forskarna undersökte hur utbrott av knoppar påverkade den europeiska lärken (Larix decidua) genom avlövning - vilket kan undertrycka tillväxt genom att hindra fotosyntesen - fann de att tidigare studier kan ha underskattat den resulterande biomassaförlusten med cirka 25%.

De har också funnit bevis på att ett varmare klimat på lång sikt kan ha en övergripande inverkan på att minska trädens tillväxttakt i boreala skogar på några av de nordligaste breddgraderna de undersökte i Kanada. Detta motsäger deras förväntningar om att bevis skulle peka på att träd i regionen faktiskt växer snabbare i framtiden på grund av en motsvarande längre växtsäsong. Forskarna föreslår att detta också kan leda till att trädet faller tillbaka, där träd dör från sina spetsar.

'Mot bakgrund av klimatförändringarna, det betyder att även boreala skogar i ett relativt vått klimat kan stöta på torkstress, sa Dr Castagneri.

Även om sådana studier tyder på att vissa klimateffekter kan vara större än man tidigare trott, han varnar för att det för närvarande är svårt att generalisera på grund av behovet av information om många fler trädslag och livsmiljöer.

Dr Patrick Fonti, en annan forskare vid WSL som övervakar INTREE, säger att detta får hjälp av en växande mängd forskning. 'Vi närmar oss det eftersom det finns flera grupper som arbetar i samma riktning, så det kommer mer och mer data samman, ' han sa.

Nästa år eller två, INTREE hoppas kunna koppla sina fynd i en anatomisk skala mer direkt till kolcykeln, men Dr Castagneri säger att det kommer att dröja innan detta kan göras globalt.

'Anslutningar till den globala koldioxidcykeln är mycket komplexa, och skalning från cellnivån till skogen kan inte enkelt göras, ' han sa.

Han hoppas att laget så småningom kommer att kunna få ett bra kvantitativt grepp om koldioxidflöden och kombinera detta med andra grupper för att öka förståelsen. Kanske då, han sa, vi kan "ha mer exakta modeller som förutspår vad som kommer att hända med skogar".