Disentangling anthropogenic drivers of climate change impacts on alpine plant species: Alps vs. Mediterranean mountains final report
Austrian Academy of Sciences (ÖAW)
2021
Disentangling anthropogenic drivers of climate change impacts on alpine plant species: Alps vs. Mediterranean mountains
unpublished
Global warming has been strongly accelerating in the last decades. Climate models tell us that this trend will continue in the future, accompanied by a marked decline in precipitation in Southern Europe, whereas the Alps will likely receive more winter and less summer precipitation. Climate factors and additionally nitrogen deposition and land-use changes have been identified as global change factors posing threats on high-mountain biodiversity, ecosystem stability and services. On the other
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... d, the characteristic micro-topographic variability of high mountain ecosystems may buffer them against global change impacts. Monitoring data from European mountain peaks show that changes in biodiversity patterns are closely related to rising temperatures. However, the effects of climate change on plant biodiversity differ significantly between temperate and Mediterranean biomes with species richness increases synchronously with warming in the former and richness decreases in the latter. The MediAlps project aimed at disentangling anthropogenic and natural factors underlying differential changes in plant species composition and richness observed on mountain summits in the European Alps and the Mediterranean biome at the local and regional spatial scale. Changes in plant species richness and composition and present land-use impact based on systematic field observations were recorded on long-term monitoring plots on 23 summits. Soil temperature, water potential and local dry nitrogen deposition were measured in situ. Topographic parameters were recorded with photogrammetric methods. At the regional level, climate data and regional nitrogen deposition data from online resources (CHELSA, EMEP) were used and past land-use impact was assessed via guideline-aided semi-structured interviews. (Generalized) linear mixed-effects models and structural equation models (SEM) were employed to assess the impact of these drivers on biodiversity changes. Furthermore, spatio-temporal analyses based on satellite images were conducted. Climate change is and will probably continue to be the main driver of plant biodiversity, species composition and their changes on mountain summits in both biomes. However, there are biomespecific differences with precipitation playing an important role in the Mediterranean biome in addition to temperature, which clearly is the most important single factor in the temperate biome. These changes will likely lead to a further thermophilisation in both biomes. The upwards movement of species from lower elevations will likely also result in a biotic homogenization of the vegetation, exacerbated by the decline of high-elevation endemic species. Species richness will likely continue to increase in the temperate biome until the "pay-off" of extinction debts or threshold effects of population size on extinction risks set in. With decreasing precipitation species richness in the Mediterranean biome will probably decline in the long run, too. Nevertheless, other anthropogenic drivers have to be considered as well, although their influence is arguably much smaller than that of climate variables, namely nitrogen deposition with a negative influence on species richness change in the temperate biome and present land-use with a positive one in the Mediterranean biome. In addition to MediAlps' main focus on comparing multiple anthropogenic ecological drivers in the Alps with the Mediterranean mountains, the project substantially contributed to a spatially larger scaled long-term observation effort in the frame of the GLORIA (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments) program. Zusammenfassung Die globale Erwärmung hat sich in den letzten Jahrzehnten stark beschleunigt -ein Trend der laut Klimamodellen auch in Zukunft anhalten wird. Der Temperaturanstieg wird in Südeuropa von einem Rückgang der Niederschläge begleitet werden, während in den Alpen die Winterniederschläge zuund die Sommerniederschläge abnehmen werden. Neben dem Klimawandel stellen auch Stickstoffdeposition und Landnutzungsänderungen eine Bedrohung für Hochgebirgsökosysteme, deren Biodiversität und Ökosystemleistungen dar. Andererseits bietet die für Hochgebirge charakteristische mikrotopographische Variabilität eine gewisse Pufferfunktion gegenüber den Auswirkungen des globalen Wandels. Monitoringdaten von europäischen Gipfeln zeigen unterschiedliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Diversität in temperaten und mediterranen Gebieten: während in ersteren die Artenzahlen auf den Gipfeln synchron mit der Temperatur zunehmen, war im Mediterranraum eine Abnahme der Pflanzendiversität zu verzeichnen. Ziel des MediAlps Projekts ist die Abschätzung des relativen Effekts dieser Komponenten des globalen Wandels und deren Interaktionen auf die beobachteten Biodiversitätsveränderungen auf mediterranen und temperaten Gipfeln. Änderungen in Artenzahl und -zusammensetzung in Langzeitmonitoringuntersuchungsflächen sowie der derzeitige Landnutzungsdruck basierend auf systematischen Feldbeobachtungen wurden erhoben. In den Untersuchungsflächen wurden Bodentemperatur, Wasserpotential und Stickstoffdeposition gemessen. Mit Hilfe von photogrammetrischen Methoden wurden topographische Parameter erhoben. Regionale Temperatur-, Niederschlags-und N-Depositionsdaten aus Online-Ressourcen (CHELSA, EMEP) wurden für Analysen herangezogen. Die Landnutzungsintensität in der Vergangenheit wurde mittels semi-qualitativer Interviews erhoben. Mit gemischten Modellen (generalized linear mixed-effects models) und Strukturgleichungsmodellen (SEM) wurde der Einfluss der einzelnen Faktoren auf Biodiversitätsänderungen analysiert. Zusätzlich wurde die raumzeitliche Dynamik basierend auf Satellitenbilddaten analysiert. Klimatische Faktoren und Klimawandel sind die wichtigsten Einflussfaktoren auf Diversität, Artenzusammensetzung und deren Änderungen in den untersuchten Hochgebirgsökosystemen beider Biome. Temperatur(änderung) ist der bestimmende Faktor im temperaten Biom, während auf mediterranen Gipfeln zusätzlich Niederschlagssummen eine Rolle spielen. Eine weitere Thermophilisierung der Vegetation ist in beiden Biomen zu erwarten, einhergehend mit einer Vereinheitlichung der Artenzusammensetzung bedingt durch das Höherwandern von Arten tieferer Lagen. Mittelfristig wird die Diversität auf den Alpengipfeln wahrscheinlich weiter zunehmen, bis die sogenannte "Aussterbeschuld" (extinction debt) schlagend wird und langlebige, kälteliebende Arten lokal verschwinden. Mit abnehmenden Niederschlagssummen werden auch die Pflanzenartenzahlen auf mediterranen Gipfeln zurückgehen. Nichtsdestotrotz ist auch der -wenn auch vergleichsweise geringe -Einfluss anderer anthropogener Faktoren zu berücksichtigen: Stickstoffdeposition hat einen negativen Einfluss auf Änderungen der Artenzahl im temperaten Biom und die derzeitige Landnutzungsintensität einen positiven Einfluss auf mediterranen Gipfeln. Darüber hinausgehend leistete das MediAlps Projekt einen substantiellen Beitrag zum weltweiten Langzeitmonitoring-Programm GLORIA (Global Observation Research Initiative in Alpine Environments).
doi:10.1553/ess-medialpss1
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