• Energy Research

Models reveal the high carbon mitigation potential of tropical forest regeneration.

AbstractAimTropical forests store 25% of global carbon and harbour 96% of the world's tree species, but it is not clear whether this high biodiversity matters for carbon storage. Few studies have teased apart the relative importance of forest attributes and environmental drivers for ecosystem functioning, and no such study exists for the tropics.LocationNeotropics.MethodsWe relate aboveground biomass (AGB) to forest attributes (diversity and structure) and environmental drivers (annual rainfall and soil fertility) using data from 144,000 trees, 2050 forest plots and 59 forest sites. The sites span the complete latitudinal and climatic gradients in the lowland Neotropics, with rainfall ranging from 750 to 4350 mm year−1. Relationships were analysed within forest sites at scales of 0.1 and 1 ha and across forest sites along large‐scale environmental gradients. We used a structural equation model to test the hypothesis that species richness, forest structural attributes and environmental drivers have independent, positive effects on AGB.ResultsAcross sites, AGB was most strongly driven by rainfall, followed by average tree stem diameter and rarefied species richness, which all had positive effects on AGB. Our indicator of soil fertility (cation exchange capacity) had a negligible effect on AGB, perhaps because we used a global soil database. Taxonomic forest attributes (i.e. species richness, rarefied richness and Shannon diversity) had the strongest relationships with AGB at small spatial scales, where an additional species can still make a difference in terms of niche complementarity, while structural forest attributes (i.e. tree density and tree size) had strong relationships with AGB at all spatial scales.Main conclusionsBiodiversity has an independent, positive effect on AGB and ecosystem functioning, not only in relatively simple temperate systems but also in structurally complex hyperdiverse tropical forests. Biodiversity conservation should therefore be a key component of the UN Reducing Emissions from Deforestation and Degradation strategy.

An analysis of above-ground biomass recovery during secondary succession in forest sites and plots, covering the major environmental gradients in the Neotropics. Plus de la moitié des forêts tropicales du monde sont le produit d'une croissance secondaire, suite à des perturbations anthropiques. Il est donc important de savoir à quelle vitesse ces forêts secondaires se rétablissent suffisamment pour fournir des services écosystémiques équivalents à ceux des forêts anciennes. Ces auteurs se concentrent sur la séquestration du carbone dans les forêts néotropicales et constatent que l'absorption de carbone est beaucoup plus élevée que dans les forêts anciennes, ce qui permet de récupérer 90 % des stocks de carbone en 66 ans en moyenne, mais il existe également une grande variation du potentiel de récupération. Ces connaissances pourraient aider à évaluer les implications de la perte de forêts — et le potentiel de rétablissement — dans différentes zones. Le changement d'affectation des terres ne se produit nulle part plus rapidement que dans les tropiques, où le déséquilibre entre la déforestation et la repousse forestière a des conséquences importantes sur le cycle mondial du carbone1. Cependant, une incertitude considérable demeure quant au taux de récupération de la biomasse dans les forêts secondaires et à la manière dont ces taux sont influencés par le climat, le paysage et l'utilisation antérieure des terres2,3,4. Nous analysons ici la récupération de la biomasse aérienne au cours de la succession secondaire dans 45 sites forestiers et environ 1 500 parcelles forestières couvrant les principaux gradients environnementaux des Néotropiques. Les forêts secondaires étudiées sont très productives et résilientes. La récupération de la biomasse aérienne après 20 ans était en moyenne de 122 mégagrammes par hectare (Mg ha−1), ce qui correspond à une absorption nette de carbone de 3,05 Mg C ha−1 an−1, soit 11 fois le taux d'absorption des forêts anciennes. Les stocks de biomasse aérienne ont pris un temps médian de 66 ans pour se rétablir à 90 % des anciennes valeurs de croissance. La récupération de la biomasse aérienne après 20 ans a varié de 11,3 fois (de 20 à 225 Mg ha−1) d'un site à l'autre, et cette récupération a augmenté avec la disponibilité en eau (pluviométrie locale plus élevée et déficit en eau climatique plus faible). Nous présentons une carte de récupération de la biomasse d'Amérique latine, qui illustre la variation géographique et climatique du potentiel de séquestration du carbone au cours de la repousse forestière. La carte soutiendra les politiques visant à minimiser la perte de forêts dans les zones où la résilience de la biomasse est naturellement faible (telles que les régions forestières saisonnièrement sèches) et à promouvoir la régénération et la restauration des forêts dans les zones tropicales humides de plaine à forte résilience de la biomasse. Un análisis de la recuperación de biomasa sobre el suelo durante la sucesión secundaria en sitios forestales y parcelas, que cubre los principales gradientes ambientales en el Neotrópico. Más de la mitad de los bosques tropicales del mundo son producto de un crecimiento secundario, tras una perturbación antropogénica. Por lo tanto, es importante saber qué tan rápido se recuperan estos bosques secundarios lo suficiente como para proporcionar servicios ecosistémicos equivalentes a los de los bosques primarios. Estos autores se centran en el secuestro de carbono en los bosques neotropicales y encuentran que la absorción de carbono es mucho mayor que en los bosques primarios, lo que permite la recuperación del 90% de las reservas de carbono en un promedio de 66 años, pero también hay una amplia variación en el potencial de recuperación. Este conocimiento podría ayudar a evaluar las implicaciones de la pérdida de bosques, y el potencial de recuperación, en diferentes áreas. El cambio en el uso de la tierra no ocurre en ninguna parte más rápidamente que en los trópicos, donde el desequilibrio entre la deforestación y el rebrote de los bosques tiene grandes consecuencias para el ciclo global del carbono1. Sin embargo, persiste una considerable incertidumbre sobre la tasa de recuperación de biomasa en los bosques secundarios y cómo estas tasas están influenciadas por el clima, el paisaje y el uso previo de la tierra2,3,4. Aquí analizamos la recuperación de biomasa sobre el suelo durante la sucesión secundaria en 45 sitios forestales y alrededor de 1.500 parcelas forestales que cubren los principales gradientes ambientales en el Neotrópico. Los bosques secundarios estudiados son altamente productivos y resilientes. La recuperación de biomasa sobre el suelo después de 20 años fue en promedio de 122 megagramas por hectárea (Mg ha−1), lo que corresponde a una absorción neta de carbono de 3,05 Mg C ha−1 año−1, 11 veces la tasa de absorción de los bosques antiguos. Las existencias de biomasa sobre el suelo tardaron una mediana de 66 años en recuperarse hasta el 90% de los valores de crecimiento antiguo. La recuperación de biomasa sobre el suelo después de 20 años varió 11,3 veces (de 20 a 225 Mg ha-1) entre los sitios, y esta recuperación aumentó con la disponibilidad de agua (mayores precipitaciones locales y menor déficit climático de agua). Presentamos un mapa de recuperación de biomasa de América Latina, que ilustra la variación geográfica y climática en el potencial de secuestro de carbono durante el recrecimiento forestal. El mapa apoyará las políticas para minimizar la pérdida de bosques en áreas donde la resiliencia de la biomasa es naturalmente baja (como las regiones forestales estacionalmente secas) y promoverá la regeneración y restauración de bosques en áreas tropicales húmedas de tierras bajas con alta resiliencia a la biomasa. An analysis of above-ground biomass recovery during secondary succession in forest sites and plots, covering the major environmental gradients in the Neotropics. More than half the world's tropical forests are the product of secondary growth, following anthropogenic disturbance. It is therefore important to know how quickly these secondary forests recover sufficiently to provide ecosystem services equivalent to those of old-growth forest. These authors focus on carbon sequestration in Neotropical forests, and find that carbon uptake is much higher than in old-growth forest, allowing recovery to 90% of the carbon stocks in an average of 66 years, but there is also wide variation in recovery potential. This knowledge could help assess the implications of forest loss — and potential for recovery — in different areas. Land-use change occurs nowhere more rapidly than in the tropics, where the imbalance between deforestation and forest regrowth has large consequences for the global carbon cycle1. However, considerable uncertainty remains about the rate of biomass recovery in secondary forests, and how these rates are influenced by climate, landscape, and prior land use2,3,4. Here we analyse aboveground biomass recovery during secondary succession in 45 forest sites and about 1,500 forest plots covering the major environmental gradients in the Neotropics. The studied secondary forests are highly productive and resilient. Aboveground biomass recovery after 20 years was on average 122 megagrams per hectare (Mg ha−1), corresponding to a net carbon uptake of 3.05 Mg C ha−1 yr−1, 11 times the uptake rate of old-growth forests. Aboveground biomass stocks took a median time of 66 years to recover to 90% of old-growth values. Aboveground biomass recovery after 20 years varied 11.3-fold (from 20 to 225 Mg ha−1) across sites, and this recovery increased with water availability (higher local rainfall and lower climatic water deficit). We present a biomass recovery map of Latin America, which illustrates geographical and climatic variation in carbon sequestration potential during forest regrowth. The map will support policies to minimize forest loss in areas where biomass resilience is naturally low (such as seasonally dry forest regions) and promote forest regeneration and restoration in humid tropical lowland areas with high biomass resilience. تحليل لاسترداد الكتلة الحيوية فوق الأرض خلال التعاقب الثانوي في مواقع الغابات وقطع الأراضي، والتي تغطي التدرجات البيئية الرئيسية في المناطق المدارية الحديثة. أكثر من نصف الغابات الاستوائية في العالم هي نتاج نمو ثانوي، بعد الاضطرابات البشرية. لذلك من المهم معرفة مدى سرعة تعافي هذه الغابات الثانوية بما يكفي لتوفير خدمات نظام بيئي مكافئة لتلك الموجودة في الغابات القديمة النمو. يركز هؤلاء المؤلفون على عزل الكربون في الغابات المدارية الحديثة، ويجدون أن امتصاص الكربون أعلى بكثير منه في الغابات القديمة النمو، مما يسمح بالتعافي إلى 90 ٪ من مخزونات الكربون في متوسط 66 عامًا، ولكن هناك أيضًا تباينًا كبيرًا في إمكانات الاسترداد. يمكن أن تساعد هذه المعرفة في تقييم الآثار المترتبة على فقدان الغابات — وإمكانية التعافي — في مناطق مختلفة. لا يحدث تغير استخدام الأراضي في أي مكان بسرعة أكبر من المناطق المدارية، حيث يكون للاختلال بين إزالة الغابات وإعادة نمو الغابات عواقب كبيرة على دورة الكربون العالمية1. ومع ذلك، لا يزال هناك قدر كبير من عدم اليقين بشأن معدل استرداد الكتلة الحيوية في الغابات الثانوية، وكيف تتأثر هذه المعدلات بالمناخ والمناظر الطبيعية والاستخدام السابق للأراضي 2،3،4. نقوم هنا بتحليل استرداد الكتلة الحيوية فوق الأرض خلال التعاقب الثانوي في 45 موقعًا للغابات وحوالي 1500 قطعة غابات تغطي التدرجات البيئية الرئيسية في المناطق المدارية الحديثة. الغابات الثانوية المدروسة عالية الإنتاجية والمرونة. كان استرداد الكتلة الحيوية فوق الأرض بعد 20 عامًا في المتوسط 122 ميغاغرام لكل هكتار (Mg ha−1)، وهو ما يعادل امتصاصًا صافياً للكربون قدره 3.05 Mg C ha−1 سنة−1، أي 11 ضعف معدل امتصاص الغابات القديمة النمو. استغرقت مخزونات الكتلة الحيوية فوق الأرض وقتًا متوسطًا قدره 66 عامًا للتعافي إلى 90 ٪ من قيم النمو القديمة. تفاوت استرداد الكتلة الحيوية فوق الأرض بعد 20 عامًا 11.3 ضعفًا (من 20 إلى 225 ملليغرام هكتار−1) عبر المواقع، وزاد هذا الانتعاش مع توافر المياه (ارتفاع هطول الأمطار المحلية وانخفاض العجز المائي المناخي). نقدم خريطة استرداد الكتلة الحيوية لأمريكا اللاتينية، والتي توضح التباين الجغرافي والمناخي في إمكانات عزل الكربون أثناء إعادة نمو الغابات. ستدعم الخريطة السياسات الرامية إلى تقليل فقدان الغابات في المناطق التي تكون فيها مرونة الكتلة الحيوية منخفضة بشكل طبيعي (مثل مناطق الغابات الجافة الموسمية) وتعزيز تجديد الغابات واستعادتها في المناطق المنخفضة الاستوائية الرطبة ذات المرونة العالية للكتلة الحيوية.