• Energy Research

Abstract Species’ traits and environmental conditions determine the abundance of tree species across the globe. The extent to which traits of dominant and rare tree species differ remains untested across a broad environmental range, limiting our understanding of how species traits and the environment shape forest functional composition. We use a global dataset of tree composition of >22,000 forest plots and 11 traits of 1663 tree species to ask how locally dominant and rare species differ in their trait values, and how these differences are driven by climatic gradients in temperature and water availability in forest biomes across the globe. We find three consistent trait differences between locally dominant and rare species across all biomes; dominant species are taller, have softer wood and higher loading on the multivariate stem strategy axis (related to narrow tracheids and thick bark). The difference between traits of dominant and rare species is more strongly driven by temperature compared to water availability, as temperature might affect a larger number of traits. Therefore, climate change driven global temperature rise may have a strong effect on trait differences between dominant and rare tree species and may lead to changes in species abundances and therefore strong community reassembly.

Fertilizer is applied widely to improve the productivity of plantations. Traditionally, fertilization is conducted in spring and/or in the early rainy season, and it is believed to support the growth of planted trees in the growing season. Little attention to date has been paid on identification of the optimal timing of fertilization and fertilizer dose. In this study, application of the fine root monitoring technique in identifying optimal fertilization timing for an Acacia plantation in Vietnam is described. The study used two fertilizer doses (100 and 200 g NPK/tree) and three fertilization timings (in spring; in the early rainy season; and based on the fine root monitoring technique to identify when the fine roots reach their growth peak). As expected fertilization timings significantly affected growth and above-ground biomass (AGB) of the plantation. Fertilization based on the fine root monitoring technique resulted in the highest growths and AGB, followed by fertilization in the early rainy season and then in spring. Applying fertilizer at 200 g NPK/tree based on the fine root monitoring technique increased diameter at breast height (DBH) by 16%, stem height by 8%, crown diameter (Dc) by 16%, and AGB by 40% as compared to early rainy season fertilization. Increases of 32% DBH, 23% stem height, 44% Dc, and 87% AGB were found in fertilization based on fine root monitoring technique compared to spring fertilization. This study concluded that forest growers should use the fine root monitoring technique to identify optimal fertilization timing for higher productivity.

AbstractAimLarge trees (d.b.h. ≥ 70 cm) store large amounts of biomass. Several studies suggest that large trees may be vulnerable to changing climate, potentially leading to declining forest biomass storage. Here we determine the importance of large trees for tropical forest biomass storage and explore which intrinsic (species trait) and extrinsic (environment) variables are associated with the density of large trees and forest biomass at continental and pan‐tropical scales.LocationPan‐tropical.MethodsAboveground biomass (AGB) was calculated for 120 intact lowland moist forest locations. Linear regression was used to calculate variation in AGB explained by the density of large trees. Akaike information criterion weights (AICc‐wi) were used to calculate averaged correlation coefficients for all possible multiple regression models between AGB/density of large trees and environmental and species trait variables correcting for spatial autocorrelation.ResultsDensity of large trees explained c. 70% of the variation in pan‐tropical AGB and was also responsible for significantly lower AGB in Neotropical [287.8 (mean) ± 105.0 (SD) Mg ha−1] versus Palaeotropical forests (Africa 418.3 ± 91.8 Mg ha−1; Asia 393.3 ± 109.3 Mg ha−1). Pan‐tropical variation in density of large trees and AGB was associated with soil coarseness (negative), soil fertility (positive), community wood density (positive) and dominance of wind dispersed species (positive), temperature in the coldest month (negative), temperature in the warmest month (negative) and rainfall in the wettest month (positive), but results were not always consistent among continents.Main conclusionsDensity of large trees and AGB were significantly associated with climatic variables, indicating that climate change will affect tropical forest biomass storage. Species trait composition will interact with these future biomass changes as they are also affected by a warmer climate. Given the importance of large trees for variation in AGB across the tropics, and their sensitivity to climate change, we emphasize the need for in‐depth analyses of the community dynamics of large trees.

L'une des questions les plus fondamentales en écologie est de savoir combien d'espèces habitent la Terre. Cependant, en raison des défis logistiques et financiers massifs et des difficultés taxonomiques liées à la définition du concept d'espèce, le nombre global d'espèces, y compris celles des formes de vie importantes et bien étudiées telles que les arbres, reste encore largement inconnu. Ici, sur la base de données mondiales provenant de sources terrestres, nous estimons la richesse totale des espèces d'arbres aux niveaux mondial, continental et du biome. Nos résultats indiquent qu'il y a environ73 000 espèces d'arbres dans le monde, parmi lesquelles environ9 000 espèces d'arbres n'ont pas encore été découvertes. Environ 40 % des espèces d'arbres non découvertes se trouvent en Amérique du Sud. En outre, près d'un tiers de toutes les espèces d'arbres à découvrir peuvent être rares, avec des populations très faibles et une répartition spatiale limitée (probablement dans les basses terres tropicales et les montagnes éloignées). Ces résultats mettent en évidence la vulnérabilité de la biodiversité forestière mondiale aux changements anthropiques dans l'utilisation des terres et le climat, qui menacent de manière disproportionnée les espèces rares et donc la richesse mondiale en arbres. Una de las preguntas más fundamentales en ecología es cuántas especies habitan la Tierra. Sin embargo, debido a los enormes desafíos logísticos y financieros y a las dificultades taxonómicas relacionadas con la definición del concepto de especie, el número global de especies, incluidas las de formas de vida importantes y bien estudiadas, como los árboles, sigue siendo en gran medida desconocido. Aquí, con base en datos globales de fuentes terrestres, estimamos la riqueza total de especies de árboles a nivel global, continental y de biomas. Nuestros resultados indican que hay ~73,000 especies de árboles a nivel mundial, entre las cuales ~9,000 especies de árboles aún no se han descubierto. Aproximadamente el 40% de las especies de árboles no descubiertas se encuentran en América del Sur. Además, casi un tercio de todas las especies de árboles por descubrir pueden ser raras, con poblaciones muy bajas y una distribución espacial limitada (probablemente en tierras bajas y montañas tropicales remotas). Estos hallazgos ponen de relieve la vulnerabilidad de la biodiversidad forestal mundial a los cambios antropogénicos en el uso de la tierra y el clima, que amenazan desproporcionadamente a las especies raras y, por lo tanto, a la riqueza arbórea mundial. One of the most fundamental questions in ecology is how many species inhabit the Earth. However, due to massive logistical and financial challenges and taxonomic difficulties connected to the species concept definition, the global numbers of species, including those of important and well-studied life forms such as trees, still remain largely unknown. Here, based on global ground-sourced data, we estimate the total tree species richness at global, continental, and biome levels. Our results indicate that there are ∼73,000 tree species globally, among which ∼9,000 tree species are yet to be discovered. Roughly 40% of undiscovered tree species are in South America. Moreover, almost one-third of all tree species to be discovered may be rare, with very low populations and limited spatial distribution (likely in remote tropical lowlands and mountains). These findings highlight the vulnerability of global forest biodiversity to anthropogenic changes in land use and climate, which disproportionately threaten rare species and thus, global tree richness. أحد أهم الأسئلة الأساسية في علم البيئة هو عدد الأنواع التي تعيش على الأرض. ومع ذلك، نظرًا للتحديات اللوجستية والمالية الهائلة والصعوبات التصنيفية المرتبطة بتعريف مفهوم الأنواع، لا تزال الأعداد العالمية للأنواع، بما في ذلك أشكال الحياة المهمة والمدروسة جيدًا مثل الأشجار، غير معروفة إلى حد كبير. هنا، استنادًا إلى البيانات العالمية من مصادر أرضية، نقدر إجمالي ثراء أنواع الأشجار على المستويات العالمية والقارية والبيولوجية. تشير نتائجنا إلى أن هناك 73000 نوع من الأشجار على مستوى العالم، من بينها 9000 نوع من الأشجار لم يتم اكتشافها بعد. يوجد ما يقرب من 40 ٪ من أنواع الأشجار غير المكتشفة في أمريكا الجنوبية. علاوة على ذلك، قد يكون ما يقرب من ثلث جميع أنواع الأشجار التي سيتم اكتشافها نادرًا، مع أعداد قليلة جدًا وتوزيع مكاني محدود (على الأرجح في الأراضي المنخفضة والجبال الاستوائية النائية). تسلط هذه النتائج الضوء على ضعف التنوع البيولوجي العالمي للغابات أمام التغيرات البشرية المنشأ في استخدام الأراضي والمناخ، والتي تهدد بشكل غير متناسب الأنواع النادرة وبالتالي ثراء الأشجار العالمي.

Le gradient de diversité latitudinale (LDG) est l'un des modèles mondiaux de richesse en espèces les plus reconnus dans un large éventail de taxons. De nombreuses hypothèses ont été proposées au cours des deux derniers siècles pour expliquer le LDG, mais des tests rigoureux des facteurs de LDG ont été limités par un manque de données mondiales de haute qualité sur la richesse en espèces. Ici, nous produisons une carte à haute résolution (0,025° × 0,025°) de la richesse des espèces d'arbres locales à l'aide d'une base de données d'inventaire forestier mondial avec des informations sur les arbres individuels et des caractéristiques biophysiques locales à partir d'environ 1,3 million de placettes-échantillons. Nous quantifions ensuite les moteurs des modèles de richesse des espèces d'arbres locales à travers les latitudes. En général, la température moyenne annuelle était un prédicteur dominant de la richesse des espèces d'arbres, ce qui est le plus conforme à la théorie métabolique de la biodiversité (MTB). Cependant, le MTB a sous-estimé le LDG sous les tropiques, où la richesse élevée en espèces a également été modérée par des facteurs topographiques, pédologiques et anthropiques opérant à l'échelle locale. Étant donné que les variables locales du paysage agissent en synergie avec les facteurs bioclimatiques dans la formation du modèle mondial de LDG, nous suggérons que le MTB soit étendu pour tenir compte de la co-limitation par les conducteurs subordonnés. En examinant les facteurs du gradient latitudinal de biodiversité dans une base de données mondiale sur la richesse des espèces locales d'arbres, les auteurs montrent que la co-limitation par de multiples facteurs environnementaux et anthropiques provoque des augmentations plus importantes de la richesse avec la latitude dans les zones tropicales par rapport aux zones tempérées et boréales. El gradiente de diversidad latitudinal (LDG) es uno de los patrones globales más reconocidos de riqueza de especies que se exhiben en una amplia gama de taxones. Se han propuesto numerosas hipótesis en los últimos dos siglos para explicar la LDG, pero las pruebas rigurosas de los impulsores de las LDG se han visto limitadas por la falta de datos globales de alta calidad sobre la riqueza de especies. Aquí producimos un mapa de alta resolución (0.025° × 0.025°) de la riqueza de especies de árboles locales utilizando una base de datos de inventario forestal global con información de árboles individuales y características biofísicas locales de ~ 1.3 millones de parcelas de muestra. A continuación, cuantificamos los impulsores de los patrones de riqueza de especies arbóreas locales en todas las latitudes. En general, la temperatura media anual fue un predictor dominante de la riqueza de especies de árboles, lo que es más consistente con la teoría metabólica de la biodiversidad (MTB). Sin embargo, el MTB subestimó el LDG en los trópicos, donde la alta riqueza de especies también fue moderada por factores topográficos, del suelo y antropogénicos que operan a escala local. Dado que las variables del paisaje local operan sinérgicamente con factores bioclimáticos en la configuración del patrón global de LDG, sugerimos que el MTB se extienda para tener en cuenta la co-limitación por parte de los conductores subordinados. Al examinar los impulsores del gradiente de biodiversidad latitudinal en una base de datos global de la riqueza de especies de árboles locales, los autores muestran que la co-limitación por múltiples factores ambientales y antropogénicos causa aumentos más pronunciados en la riqueza con latitud en zonas tropicales versus templadas y boreales. The latitudinal diversity gradient (LDG) is one of the most recognized global patterns of species richness exhibited across a wide range of taxa. Numerous hypotheses have been proposed in the past two centuries to explain LDG, but rigorous tests of the drivers of LDGs have been limited by a lack of high-quality global species richness data. Here we produce a high-resolution (0.025° × 0.025°) map of local tree species richness using a global forest inventory database with individual tree information and local biophysical characteristics from ~1.3 million sample plots. We then quantify drivers of local tree species richness patterns across latitudes. Generally, annual mean temperature was a dominant predictor of tree species richness, which is most consistent with the metabolic theory of biodiversity (MTB). However, MTB underestimated LDG in the tropics, where high species richness was also moderated by topographic, soil and anthropogenic factors operating at local scales. Given that local landscape variables operate synergistically with bioclimatic factors in shaping the global LDG pattern, we suggest that MTB be extended to account for co-limitation by subordinate drivers. Examining drivers of the latitudinal biodiversity gradient in a global database of local tree species richness, the authors show that co-limitation by multiple environmental and anthropogenic factors causes steeper increases in richness with latitude in tropical versus temperate and boreal zones. يعد تدرج التنوع العرضي (LDG) أحد أكثر الأنماط العالمية المعترف بها لثراء الأنواع المعروضة عبر مجموعة واسعة من الأصناف. تم اقتراح العديد من الفرضيات في القرنين الماضيين لشرح غاز الديزل منخفض الكثافة، لكن الاختبارات الصارمة لمحركات غازات الديزل منخفض الكثافة كانت محدودة بسبب نقص بيانات ثراء الأنواع العالمية عالية الجودة. هنا ننتج خريطة عالية الدقة (0.025درجة × 0.025درجة) لثراء أنواع الأشجار المحلية باستخدام قاعدة بيانات جرد الغابات العالمية مع معلومات الأشجار الفردية والخصائص الفيزيائية الحيوية المحلية من حوالي 1.3 مليون قطعة عينة. ثم نحدد العوامل المحركة لأنماط ثراء أنواع الأشجار المحلية عبر خطوط العرض. بشكل عام، كان متوسط درجة الحرارة السنوية مؤشراً مهيمناً على ثراء أنواع الأشجار، وهو الأكثر اتساقاً مع نظرية التمثيل الغذائي للتنوع البيولوجي (MTB). ومع ذلك، قلل MTB من تقدير غاز التدهور المنخفض في المناطق المدارية، حيث كان ثراء الأنواع المرتفع معتدلاً أيضًا بسبب العوامل الطبوغرافية والتربة والعوامل البشرية المنشأ التي تعمل على المستويات المحلية. بالنظر إلى أن متغيرات المناظر الطبيعية المحلية تعمل بشكل تآزري مع العوامل المناخية الحيوية في تشكيل نمط الغازات المتدهورة عالميًا، فإننا نقترح توسيع نطاق الحد الأقصى للمناظر الطبيعية لمراعاة الحد المشترك من قبل الدوافع الثانوية. عند دراسة دوافع تدرج التنوع البيولوجي العرضي في قاعدة بيانات عالمية لثراء أنواع الأشجار المحلية، يوضح المؤلفون أن الحد المشترك من خلال عوامل بيئية وبشرية متعددة يسبب زيادات أكثر حدة في الثراء مع خط العرض في المناطق الاستوائية مقابل المناطق المعتدلة والشمالية.

Significance Identifying and explaining regional differences in tropical forest dynamics, structure, diversity, and composition are critical for anticipating region-specific responses to global environmental change. Floristic classifications are of fundamental importance for these efforts. Here we provide a global tropical forest classification that is explicitly based on community evolutionary similarity, resulting in identification of five major tropical forest regions and their relationships: ( i ) Indo-Pacific, ( ii ) Subtropical, ( iii ) African, ( iv ) American, and ( v ) Dry forests. African and American forests are grouped, reflecting their former western Gondwanan connection, while Indo-Pacific forests range from eastern Africa and Madagascar to Australia and the Pacific. The connection between northern-hemisphere Asian and American forests is confirmed, while Dry forests are identified as a single tropical biome.