A global analysis shows that for most tree species the largest trees are the fastest-growing trees, a finding that resolves conflicting assumptions about tree growth and that has implications for understanding forest carbon dynamics, resource allocation trade-offs within trees and plant senescence. Old forests and their leaves fix less carbon than do new forests, but does this apply at the individual tree level? This study uses a global analysis of more that 400 tree species to show that it does not. Rather, larger and older trees accumulate carbon more rapidly than do younger, smaller ones. This can be reconciled with the effects at other levels by taking into account increases in leaf number and reductions in forest density with age. The rapid growth of large trees means that, relative to their numbers, they could have a disproportionately important role in forest feedbacks to the terrestrial carbon cycle and global climate system. Forests are major components of the global carbon cycle, providing substantial feedback to atmospheric greenhouse gas concentrations1. Our ability to understand and predict changes in the forest carbon cycle—particularly net primary productivity and carbon storage—increasingly relies on models that represent biological processes across several scales of biological organization, from tree leaves to forest stands2,3. Yet, despite advances in our understanding of productivity at the scales of leaves and stands, no consensus exists about the nature of productivity at the scale of the individual tree4,5,6,7, in part because we lack a broad empirical assessment of whether rates of absolute tree mass growth (and thus carbon accumulation) decrease, remain constant, or increase as trees increase in size and age. Here we present a global analysis of 403 tropical and temperate tree species, showing that for most species mass growth rate increases continuously with tree size. Thus, large, old trees do not act simply as senescent carbon reservoirs but actively fix large amounts of carbon compared to smaller trees; at the extreme, a single big tree can add the same amount of carbon to the forest within a year as is contained in an entire mid-sized tree. The apparent paradoxes of individual tree growth increasing with tree size despite declining leaf-level8,9,10 and stand-level10 productivity can be explained, respectively, by increases in a tree’s total leaf area that outpace declines in productivity per unit of leaf area and, among other factors, age-related reductions in population density. Our results resolve conflicting assumptions about the nature of tree growth, inform efforts to undertand and model forest carbon dynamics, and have additional implications for theories of resource allocation11 and plant senescence12.

Abstract Forest cover change directly affects biodiversity, the global carbon budget, and ecosystem function. Within Latin American and the Caribbean region ( LAC ), many studies have documented extensive deforestation, but there are also many local studies reporting forest recovery. These contrasting dynamics have been largely attributed to demographic and socio‐economic change. For example, local population change due to migration can stimulate forest recovery, while the increasing global demand for food can drive agriculture expansion. However, as no analysis has simultaneously evaluated deforestation and reforestation from the municipal to continental scale, we lack a comprehensive assessment of the spatial distribution of these processes. We overcame this limitation by producing wall‐to‐wall, annual maps of change in woody vegetation and other land‐cover classes between 2001 and 2010 for each of the 16,050 municipalities in LAC , and we used nonparametric Random Forest regression analyses to determine which environmental or population variables best explained the variation in woody vegetation change. Woody vegetation change was dominated by deforestation (−541,835 km 2 ), particularly in the moist forest, dry forest, and savannas/shrublands biomes in South America. Extensive areas also recovered woody vegetation (+362,430 km 2 ), particularly in regions too dry or too steep for modern agriculture. Deforestation in moist forests tended to occur in lowland areas with low population density, but woody cover change was not related to municipality‐scale population change. These results emphasize the importance of quantitating deforestation and reforestation at multiple spatial scales and linking these changes with global drivers such as the global demand for food.

region of Dominican Republic.

Current socioeconomic drivers of land-use change associated with globalization are producing two contrasting land-use trends in Latin America.Increasing global food demand (particularly in Southeast Asia) accelerates deforestation in areas suitable for modern agriculture (e.g., soybean), severely threatening ecosystems, such as Amazonian rain forests, dry forests, and subtropical grasslands.Additionally, in the coming decades, demand for biofuels may become an emerging threat.In contrast, high yields in modern agricultural systems and rural-urban migration coupled with remittances promote the abandonment of marginal agricultural lands, thus favoring ecosystem recovery on mountains, deserts, and areas of poor soils, while improving human well-being.The potential switch from production in traditional extensive grazing areas to intensive modern agriculture provides opportunities to significantly increase food production while sparing land for nature conservation.This combination of emerging threats and opportunities requires changes in the way the conservation of Latin American ecosystems is approached.Land-use efficiency should be analyzed beyond the local-based paradigm that drives most conservation programs, and focus on large geographic scales involving long-distance fluxes of products, information, and people in order to maximize both agricultural production and the conservation of environmental services.

1 Litter decomposition recycles nutrients and causes large fluxes of carbon dioxide into the atmosphere. It is typically assumed that climate, litter quality and decomposer communities determine litter decay rates, yet few comparative studies have examined their relative contributions in tropical forests. 2 We used a short-term litterbag experiment to quantify the effects of litter quality, placement and mesofaunal exclusion on decomposition in 23 tropical forests in 14 countries. Annual precipitation varied among sites (760–5797 mm). At each site, two standard substrates (Raphia farinifera and Laurus nobilis) were decomposed in fine- and coarse-mesh litterbags both above and below ground for approximately 1 year. 3 Decomposition was rapid, with >95% mass loss within a year at most sites. Litter quality, placement and mesofaunal exclusion all independently affected decomposition, but the magnitude depended upon site. Both the average decomposition rate at each site and the ratio of above- to below-ground decay increased linearly with annual precipitation, explaining 60–65% of among-site variation. Excluding mesofauna had the largest impact on decomposition, reducing decomposition rates by half on average, but the magnitude of decrease was largely independent of climate. This suggests that the decomposer community might play an important role in explaining patterns of decomposition among sites. Which litter type decomposed fastest varied by site, but was not related to climate. 4 Synthesis. A key goal of ecology is to identify general patterns across ecological communities, as well as relevant site-specific details to understand local dynamics. Our pan-tropical study shows that certain aspects of decomposition, including average decomposition rates and the ratio of above- to below-ground decomposition are highly correlated with a simple climatic index: mean annual precipitation. However, we found no relationship between precipitation and effects of mesofaunal exclusion or litter type, suggesting that site-specific details may also be required to understand how these factors affect decomposition at local scales.

Land use is central to addressing sustainability issues, including biodiversity conservation, climate change, food security, poverty alleviation, and sustainable energy. In this paper, we synthesize knowledge accumulated in land system science, the integrated study of terrestrial social-ecological systems, into 10 hard truths that have strong, general, empirical support. These facts help to explain the challenges of achieving sustainability in land use and thus also point toward solutions. The 10 facts are as follows: 1) Meanings and values of land are socially constructed and contested; 2) land systems exhibit complex behaviors with abrupt, hard-to-predict changes; 3) irreversible changes and path dependence are common features of land systems; 4) some land uses have a small footprint but very large impacts; 5) drivers and impacts of land-use change are globally interconnected and spill over to distant locations; 6) humanity lives on a used planet where all land provides benefits to societies; 7) land-use change usually entails trade-offs between different benefits—"win–wins" are thus rare; 8) land tenure and land-use claims are often unclear, overlapping, and contested; 9) the benefits and burdens from land are unequally distributed; and 10) land users have multiple, sometimes conflicting, ideas of what social and environmental justice entails. The facts have implications for governance, but do not provide fixed answers. Instead they constitute a set of core principles which can guide scientists, policy makers, and practitioners toward meeting sustainability challenges in land use.

Latin America has the planet's largest land reserves for agriculture and had the most rapid agricultural expansion during the twenty-first century. A large portion of the expansion replaced forests, as shown by many local and regional studies. However, expansion varied regionally and also replaced other land covers. Further, it is important to distinguish between changes in cropland and pastureland as they produce food at different levels of efficiency and intensity. We used thirteen years (2001–2013) of MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer satellite imagery to characterize cropland and pastureland expansion at multiple scales across Latin America. From 2001 to 2013, 17% of new cropland and 57% of new pastureland replaced forests throughout Latin America. Cropland expansion from 2001 to 2013 was less (44.27 Mha) than pastureland (96.9 Mha), but 44% of the 2013 cropland total was new cropland, versus 27% of the 2013 pastureland total, revealing higher regional expansion rates of row crop agriculture. The majority of cropland expansion was into pastureland within core agricultural regions of Argentina, Brazil, Bolivia, Paraguay, and Uruguay. On the contrary, pastureland largely expanded at frontiers, such as central Brazil, western Paraguay, and northern Guatemala. As others have suggested, regional agriculture is strongly influenced by globalization. Indeed, we find an overall decrease in agricultural expansion after 2007, coinciding with the global economic slowdown. The results illustrate agricultural cropland and pastureland expansion across Latin America is largely segregated, and emphasize the importance of distinguishing between the two agricultural systems, as they vary in land use intensity and efficiency.