Plants influence the atmosphere through fluxes of carbon, water and energy1, and can intensify drought through land–atmosphere feedback effects2–4. The diversity of plant functional traits in forests, especially physiological traits related to water (hydraulic) transport, may have a critical role in land–atmosphere feedback, particularly during drought. Here we combine 352 site-years of eddy covariance measurements from 40 forest sites, remote-sensing observations of plant water content and plant functional-trait data to test whether the diversity in plant traits affects the response of the ecosystem to drought. We find evidence that higher hydraulic diversity buffers variation in ecosystem flux during dry periods across temperate and boreal forests. Hydraulic traits were the predominant significant predictors of cross-site patterns in drought response. By contrast, standard leaf and wood traits, such as specific leaf area and wood density, had little explanatory power. Our results demonstrate that diversity in the hydraulic traits of trees mediates ecosystem resilience to drought and is likely to have an important role in future ecosystem–atmosphere feedback effects in a changing climate. The diversity in the hydraulic traits of trees mediates ecosystem resilience to drought and will probably have an important role in future ecosystem–atmosphere feedback effects.

Abstract Forests are currently a substantial carbon sink globally. Many climate change mitigation strategies rely on forest preservation and expansion, but the effectiveness of these approaches hinges on forests sequestering carbon for centuries despite anthropogenic climate change. Yet climate-driven disturbances pose critical risks to the long-term stability of forest carbon. We quantify the key climate drivers that fuel wildfire, drought, and insects, for the United States over 1984-2018 and project future disturbance risks over the 21st century. We find that current risks are widespread and projected to increase across different emission scenarios by a factor of 4-14 for fire and 1.3-1.8 for drought and insects. Our results provide insights for carbon cycle modeling, conservation, and climate policy, underscoring the escalating climate risks facing forests and the need for emissions reductions to mitigate climate change.

Abstract Nature-based climate solutions in Earth’s forests could strengthen the land carbon sink and contribute to climate mitigation, but must adequately account for climate risks to the durability of carbon storage. Forest carbon offset protocols use a ‘buffer pool’ to insure against disturbance risks that may compromise durability. However, current buffer pool tools and allocations are not based on existing scientific data or models. Here, we use a tropical forest stand biomass model and an extensive set of long-term tropical forest plots to test whether current buffer pools are adequate to insure against observed disturbance regimes. We find that forest age and disturbance regime both influence necessary buffer pool sizes. In the vast majority of disturbance scenarios, current buffer pools are substantially smaller than required by carbon cycle science. Buffer pool estimates urgently need to be updated based on rigorous, open scientific datasets for nature-based climate solutions to succeed. Plain Language Summary Forests could contribute to climate mitigation through conservation and restoration activities. Carbon offsets are a widespread pathway to fund these nature-based climate solutions in forests, but must account for the risks to durability that forests face in a changing climate. Current carbon offset protocols have a buffer pool to insure against risk in different disturbance regimes, but the buffer pool contributions have not been tested with observed disturbance regimes and rigorous models. We tested these contributions using widespread tropical forest plot data and a carbon cycle model and find that the current buffer pool contributions are generally not adequate for most disturbance regimes. Our results highlight that better datasets, models, and tools are urgently needed in forest carbon offset protocols. Key points Nature-based climate solutions in forests face substantial and rising climate risks to durability Carbon offsets use a buffer pool to insure against disturbance, which is not currently based on rigorous evidence Our results reveal current carbon offset protocols do not have an adequate buffer pool for most tropical forest disturbance regimes

Abstract Carbon offsets are widely used by individuals, corporations, and governments to mitigate their greenhouse gas emissions on the assumption that offsets reflect equivalent climate benefits achieved elsewhere. These climate-equivalence claims depend on offsets providing “additional” climate benefits beyond what would have happened, counterfactually, without the offsets project. Here, we evaluate the design of California’s prominent forest carbon offsets program and demonstrate that its climate-equivalence claims fall far short on the basis of directly observable evidence. By design, California’s program awards large volumes of offset credits to forest projects with carbon stocks that exceed regional averages. This paradigm allows for adverse selection, which could occur if project developers preferentially select forests that are ecologically distinct from unrepresentative regional averages. By digitizing and analyzing comprehensive offset project records alongside detailed forest inventory data, we provide direct evidence that comparing projects against coarse regional carbon averages has led to systematic over-crediting of 30.0 million tCO 2 e (90% CI: 20.5 to 38.6 million tCO 2 e) or 29.4% of the credits we analyzed (90% CI: 20.1 to 37.8%). These excess credits are worth an estimated $410 million (90% CI: $280 to $528 million) at recent market prices. Rather than improve forest management to store additional carbon, California’s offsets program creates incentives to generate offset credits that do not reflect real climate benefits. Significance Statement Forest carbon offsets are increasingly prominent in corporate and government “net zero” emission strategies, but face growing criticism about their efficacy. California’s forest offsets program is frequently promoted as a high-quality approach that improves on the failures of earlier efforts. Our analysis demonstrates, however, that substantial ecological and statistical shortcomings in the design of California’s forest offset protocol generate offset credits that do not reflect real climate benefits. Looking globally, our results illustrate how protocol designs with easily exploitable rules can undermine policy objectives and highlight the need for stronger governance in carbon offset markets.