Abstract Tree mortality is a key factor influencing forest functions and dynamics, but our understanding of the mechanisms leading to mortality and the associated changes in tree growth rates are still limited. We compiled a new pan‐continental tree‐ring width database from sites where both dead and living trees were sampled (2970 dead and 4224 living trees from 190 sites, including 36 species), and compared early and recent growth rates between trees that died and those that survived a given mortality event. We observed a decrease in radial growth before death in ca. 84% of the mortality events. The extent and duration of these reductions were highly variable (1–100 years in 96% of events) due to the complex interactions among study species and the source(s) of mortality. Strong and long‐lasting declines were found for gymnosperms, shade‐ and drought‐tolerant species, and trees that died from competition. Angiosperms and trees that died due to biotic attacks (especially bark‐beetles) typically showed relatively small and short‐term growth reductions. Our analysis did not highlight any universal trade‐off between early growth and tree longevity within a species, although this result may also reflect high variability in sampling design among sites. The intersite and interspecific variability in growth patterns before mortality provides valuable information on the nature of the mortality process, which is consistent with our understanding of the physiological mechanisms leading to mortality. Abrupt changes in growth immediately before death can be associated with generalized hydraulic failure and/or bark‐beetle attack, while long‐term decrease in growth may be associated with a gradual decline in hydraulic performance coupled with depletion in carbon reserves. Our results imply that growth‐based mortality algorithms may be a powerful tool for predicting gymnosperm mortality induced by chronic stress, but not necessarily so for angiosperms and in case of intense drought or bark‐beetle outbreaks.

In the northern Colorado Front Range, fire suppression during the 20th century is believed to have created a high hazard of catastrophic fire in ponderosa pine (Pinus ponderosa) forests. Since the early 1990s, resource managers have increased the use of prescribed fires to re-create fire regimes and forest structures similar to those of the pre-Euro-American settlement period in order both to reduce fire hazard and to improve forest health. To improve understanding of historical fire regimes, we conducted a study of fire history along an elevational gradient from ∼1830 to 2800 m in ponderosa pine forests in the northern Front Range. Fire-scar dates were determined from 525 partial cross sections from living and dead trees at 41 sample sites. Fire frequencies and fire intervals were analyzed in relation to changes in human activities and interannual climatic variability as recorded in instrumental climatic records and tree-ring proxy records. Prior to modern fire suppression, the low elevation, open ponderosa pine forests of the northern Front Range were characterized by frequent surface fires, similar in frequency to many other ponderosa pine ecosystems in the West. In contrast, in higher elevation forests (above ∼2400 m) where ponderosa pine is mixed with Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and lodgepole pine (Pinus contorta), the fire regime was characterized by a much lower fire frequency and included extensive stand-replacing fires as well as surface fires. In the mid-1800s there was a marked increase in fire occurrence that can be related both to Euro-American settlement and increased climatic variability. This episode of increased fire left a legacy of dense, even-aged stands in higher elevation ponderosa pine forests, whereas increased stand densities in low elevation forests are attributed mainly to fire exclusion during the 20th century. Warmer and drier spring–summers, indicated in instrumental climatic records (1873–1995) and in tree-ring proxy records of climate (1600–1983), are strongly associated with years of widespread fire. Years of widespread fire also tend to be preceded two to four years by wetter than average springs that increase the production of fine fuels. Alternation of wet and dry periods over time periods of 2–5 years is conducive to fire spread and is strongly linked to El Niño–Southern Oscillation (ENSO) events. The warm (El Niño) phase of ENSO is associated with greater moisture availability during spring that results in a peak of fire occurrence several years following El Niño events. Conversely, dry springs associated with La Niña events were followed by more widespread fire during the same year. The 1600–1920 fire-scar record indicates that individual years during which high percentages of the 41 sample sites synchronously recorded fire have occurred at least several times per century. The association of these years of widespread fire with very strong ENSO events demonstrates the importance of ENSO-related climatic variabililty in creating extreme fire hazard at a landscape scale.

The spatial and temporal patterns of fire, snow avalanches and spruce beetle outbreaks were investigated in Marvine Lakes Valley in the Colorado Rocky Mountains in forests of Picea engelmannii, Abies lasiocarpa, Pseudotsuga menziesii and Populus tremuloides. Dates and locations of disturbances were determined by dendrochronological techniques. A geographic information system (GIS) was used to calculate areas affected by the different disturbance agents and to examine the spatial relationships of the different disturbances. In the Marvine Lakes Valley, major disturbance was caused by fire in the 1470s, the 1630s and the 1870s and by spruce beetle outbreak in c. 1716, 1827 and 1949 (...)

Widespread synchronous wildfires driven by climatic variation, such as those that swept western North America during 1996, 2000, and 2002, can result in major environmental and societal impacts. Understanding relationships between continental-scale patterns of drought and modes of sea surface temperatures (SSTs) such as El Niño-Southern Oscillation (ENSO), Pacific Decadal Oscillation (PDO), and Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) may explain how interannual to multidecadal variability in SSTs drives fire at continental scales. We used local wildfire chronologies reconstructed from fire scars on tree rings across western North America and independent reconstructions of SST developed from tree-ring widths at other sites to examine the relationships of multicentury patterns of climate and fire synchrony. From 33,039 annually resolved fire-scar dates at 238 sites (the largest paleofire record yet assembled), we examined forest fires at regional and subcontinental scales. Since 1550 CE, drought and forest fires covaried across the West, but in a manner contingent on SST modes. During certain phases of ENSO and PDO, fire was synchronous within broad subregions and sometimes asynchronous among those regions. In contrast, fires were most commonly synchronous across the West during warm phases of the AMO. ENSO and PDO were the main drivers of high-frequency variation in fire (interannual to decadal), whereas the AMO conditionally changed the strength and spatial influence of ENSO and PDO on wildfire occurrence at multidecadal scales. A current warming trend in AMO suggests that we may expect an increase in widespread, synchronous fires across the western U.S. in coming decades.

Abstract Severe droughts have the potential to reduce forest productivity and trigger tree mortality. Most trees face several drought events during their life and therefore resilience to dry conditions may be crucial to long-term survival. We assessed how growth resilience to severe droughts, including its components resistance and recovery, is related to the ability to survive future droughts by using a tree-ring database of surviving and now-dead trees from 118 sites (22 species, >3,500 trees). We found that, across the variety of regions and species sampled, trees that died during water shortages were less resilient to previous non-lethal droughts, relative to coexisting surviving trees of the same species. In angiosperms, drought-related mortality risk is associated with lower resistance (low capacity to reduce impact of the initial drought), while it is related to reduced recovery (low capacity to attain pre-drought growth rates) in gymnosperms. The different resilience strategies in these two taxonomic groups open new avenues to improve our understanding and prediction of drought-induced mortality.

Increasing evidence indicates that forest disturbances are changing in response to global change, yet local variability in disturbance remains high. We quantified this considerable variability and analyzed whether recent disturbance episodes around the globe were consistently driven by climate, and if human influence modulates patterns of forest disturbance. We combined remote sensing data on recent (2001-2014) disturbances with in-depth local information for 50 protected landscapes and their surroundings across the temperate biome. Disturbance patterns are highly variable, and shaped by variation in disturbance agents and traits of prevailing tree species. However, high disturbance activity is consistently linked to warmer and drier than average conditions across the globe. Disturbances in protected areas are smaller and more complex in shape compared to their surroundings affected by human land use. This signal disappears in areas with high recent natural disturbance activity, underlining the potential of climate-mediated disturbance to transform forest landscapes.

ABSTRACT Crop yields, i.e. , harvestable production per unit of cropland area, are in decline for a number of crops and regions, but the drivers of this process are poorly known. Global decreases in pollinator abundance and diversity have been proposed as a major driver of yield declines in crops that depend on animals, mostly bees, to produce fruits and seeds. Alternatively, widespread tree mortality has been directly and indirectly related to global climate change, which could also explain yield decreases in tree crops. As tree crops are expected to be more dependent on pollinators than other crop types, disentangling the relative influence of growth form and pollinator dependence is relevant to identify the ultimate factors driving yield declines. Yield decline, defined here as a negative average annual yearly change in yield from 1961 to 2020, was measured in 4270 time series, involving 136 crops and 163 countries and territories. About one-fourth of all time series showed declines in crop yield, a characteristic associated with both high pollinator dependence and a tree growth form. Because pollinator dependence and plant growth form were partially correlated, we disentangled the effect of each of these two predictors using a series of generalized linear mixed models that evaluated direct and indirect associations. Our analyses revealed a stronger association of yield decline with growth form than with pollinator dependence, a relationship that persisted after partialling out the effect of pollinator dependence. In particular, yield declines were more common among tree than herbaceous and shrub crops in all major regions but in Africa, a continent showing a high incidence of yield declines irrespective of growth form. These results suggest that pollinator decline is not the main reason behind crop productivity loss, but that other factors such as climate change could be already affecting crop yield.