Yngre, mindre träd som utgör mycket av Nordamerikas östra skogar har ökat sin fröproduktion under klimatförändringarna, men äldre, större träd som dominerar skogarna i stora delar av väst har varit mindre lyhörda, en ny Duke University-ledd studie finner.

Nedgång i dessa träds fröproduktion, eller fruktsamhet, kan begränsa västerländska skogars förmåga att förnya sig efter de storskaliga dödsfallen kopplade till stigande temperaturer och intensifierade torka som nu förekommer i många stater och provinser.

Denna kontinentala klyfta, rapporterade för första gången i den nya studien, "kan dramatiskt förändra sammansättningen och strukturen av 2000-talets nordamerikanska skogar, " sa James S Clark, Nicholas Distinguished Professor of Environmental Science vid Duke, som ledde forskningen.

Att känna till de kontrasterande svaren som uppstår – och att förstå varför de händer – kommer att hjälpa forskare att mer exakt förutsäga framtida förändringar i nordamerikanska skogar och utveckla bevarande- och förvaltningsstrategier för att mildra förändringarna, han sa.

Forskare från 48 institutioner samarbetade med Clark i den peer-reviewed studien, som visas 23 februari in Naturkommunikation .

Fruktbarhet är ett mått på trädens förmåga att förnya sig efter dödsfall och andra storskaliga störningar genom att sprida frön till livsmiljöer där deras odds för framtida överlevnad är gynnsammare. Det är en viktig faktor för att bestämma framtida skogens reaktioner på klimatförändringar, men som många ekologiska processer är det bullrigt, mycket varierande och otroligt svårt att uppskatta.

Fruktbarheten förändras över tid, baserat på förändringar i ett träds storlek, tillväxthastighet eller tillgång till ljus, vatten och andra resurser, och drivs av två indirekta klimatpåverkan – effekterna av tillväxt som beror på klimatet, och effekterna av klimatet som beror på trädstorleken – som för närvarande inte tas med i de modeller som används för att förutsäga framtida förändringar.

"Det var den enda större demografiska processen som driver skogens reaktion på klimatförändringar som vi saknade fältbaserade uppskattningar av, " sa Clark.

För att lösa detta problem, han utarbetade ny statistisk programvara som gjorde det möjligt för honom att syntetisera årtionden av rådata om storlek, tillväxt, baldakin spridning, och tillgång till resurser för nästan 100, 000 individuella träd vid långsiktiga forskningsplatser och experimentella skogar i Nordamerika. De ofiltrerade rådata avslöjade vad tidigare metaanalyser baserade på genomsnittliga mätningar hade missat:På kontinental skala, fruktsamheten ökar när ett träd växer sig större, till en viss punkt. Och så börjar det avta.

"Detta förklarar skillnaden mellan öst och väst. De flesta träd i öst är unga, växer snabbt och går in i en storleksklass där fruktsamheten ökar, så all indirekt påverkan från klimatet som stimulerar deras tillväxt ökar också deras fröproduktion, " sa Clark. "Vi ser motsatsen hända med de äldre, större träd i väst. Det finns små och stora träd i båda regionerna, självklart, men regionerna skiljer sig tillräckligt mycket i storleksstruktur för att svara på olika sätt.

"Nu när vi förstår, sammantaget, hur allt detta fungerar, nästa steg är att tillämpa det på enskilda arter eller bestånd och införliva det i de modeller vi använder för att förutsäga framtida skogsförändringar, " han sa.

Data som användes i studien kom från träd i övervakningsnätverket Mast Inference and Prediction (MASTIF), som omfattar mer än 500 långsiktiga fältforskningsplatser över hela landet, inklusive tomter som också ingår i National Ecological Observation Network (NEON).