Abstract Extreme fire seasons characterised by very large ‘mega-fires’ have demonstrably increased area burnt across forested regions globally. However, the effect of extreme fire seasons on fire severity, a measure of fire impacts on ecosystems, remains unclear. Very large wildfires burnt an unprecedented area of temperate forest, woodland and shrubland across south-eastern Australia in 2019/2020, providing an opportunity to examine the impact of extreme fires on fire severity patterns. We developed an atlas of wildfire severity across south-eastern Australia between 1988 and 2020 to test (a) whether the 2019/2020 fire season was more severe than previous fire seasons, and (b) if the proportion of high-severity fire within the burn extent (HSp) increases with wildfire size and annual area burnt. We demonstrate that the 2019/2020 wildfires in south-eastern Australia were generally greater in extent but not proportionally more severe than previous fires, owing to constant scaling between HSp and annual fire extent across the dominant dry-forest communities. However, HSp did increase with increasing annual fire extent across wet-forests and the less-common rainforest and woodland communities. The absolute area of high-severity fire in 2019/2020 (∼1.8 M ha) was larger than previously seen, accounting for ∼44% of the area burnt by high-severity fire over the past 33 years. Our results demonstrate that extreme fire seasons are a rare but defining feature of fire regimes across forested regions, owing to the disproportionate influence of mega-fires on area burnt.

Abstract Atmospheric carbon dioxide enrichment (eCO 2 ) can enhance plant carbon uptake and growth 1,2,3,4,5 , thereby providing an important negative feedback to climate change by slowing the rate of increase of the atmospheric CO 2 concentration 6 . While evidence gathered from young aggrading forests has generally indicated a strong CO 2 fertilization effect on biomass growth 3,4,5 , it is unclear whether mature forests respond to eCO 2 in a similar way. In mature trees and forest stands 7,8,9,10 , photosynthetic uptake has been found to increase under eCO 2 without any apparent accompanying growth response, leaving an open question about the fate of additional carbon fixed under eCO 2 4, 5, 7,8,9,10,11 . Here, using data from the first ecosystem-scale Free-Air CO 2 Enrichment (FACE) experiment in a mature forest, we constructed a comprehensive ecosystem carbon budget to track the fate of carbon as the forest responds to four years of eCO 2 exposure. We show that, although the eCO 2 treatment of ambient +150 ppm (+38%) induced a 12% (+247 gCm -2 yr -1 ) increase in carbon uptake through gross primary production, this additional carbon uptake did not lead to increased carbon sequestration at the ecosystem level. Instead, the majority of the extra carbon was emitted back into the atmosphere via several respiratory fluxes, with increased soil respiration alone contributing ∼50% of the total uptake surplus. Our results call into question the predominant thinking that the capacity of forests to act as carbon sinks will be generally enhanced under eCO 2 , and challenge the efficacy of climate mitigation strategies that rely on CO 2 fertilization as a driver of increased carbon sinks in standing forests and afforestation projects.