Klimaændringernes virkninger på plantebiodiversitet - Effects of climate change on plant biodiversity

Alpine flora ved Logan Pass , Glacier National Park , i Montana , USA: Alpine planter er en gruppe, der forventes at være meget modtagelige for virkningerne af klimaændringer

Klimaændringer er enhver væsentlig langsigtet ændring i det forventede mønster, hvad enten det skyldes naturlig variation eller som følge af menneskelig aktivitet. Miljøforhold spiller en central rolle i definitionen af planternes funktion og fordeling i kombination med andre faktorer. Ændringer i langsigtede miljøforhold, der kollektivt kan opfindes klimaændringer , vides at have haft enorme indvirkninger på de nuværende plantemangfoldighedsmønstre; der forventes yderligere konsekvenser i fremtiden. Det forudsiges, at klimaændringer vil forblive en af ​​de største drivkræfter for biodiversitetsmønstre i fremtiden. Menneskelige handlinger udløser i øjeblikket den sjette store masseudryddelse, vores Jord har set, og ændrer fordelingen og overflod af mange planter.

Palaeo -kontekst

Australsk regnskov : Et økosystem, der vides at have betydeligt kontraheret i området i den seneste geologiske tid som følge af klimatiske ændringer.
Kort over globale vegetationsudbredelser under det sidste ismaksimum

Den Jorden har oplevet en konstant skiftende klima i tiden siden planter først udviklet sig. I sammenligning med i dag har denne historie set Jorden som køligere, varmere, tørrere og vådere og CO
2( kuldioxid ) koncentrationer har været både højere og lavere. Disse ændringer er blevet afspejlet af konstant skiftende vegetation , f.eks. Skovsamfund , der dominerer de fleste områder i interglaciale perioder, og urteagtige samfund, der dominerer i istiden . Det har vist sig, at tidligere klimatiske ændringer har været en vigtig drivkraft for processerne med speciering og udryddelse . Det mest kendte eksempel på dette er Carbonifer Rainforest Collapse, der fandt sted for 350 millioner år siden. Denne begivenhed decimerede padderpopulationer og ansporede til udviklingen af ​​krybdyr.

Moderne kontekst

Der er betydelig aktuel interesse og forskningsfokus på fænomenet nylige menneskeskabte klimaændringer eller global opvarmning . Fokus er på at identificere de nuværende virkninger af klimaændringer på biodiversitet og forudsige disse effekter ind i fremtiden.

Ændring af klimavariabler, der er relevante for planternes funktion og fordeling, inkluderer stigning af CO
2koncentrationer, stigende globale temperaturer, ændrede nedbørsmønstre og ændringer i mønsteret for 'ekstreme' vejrhændelser såsom cykloner, brande eller storme. Meget variabel artsfordeling er resultatet af forskellige modeller med variable bioklimatiske ændringer.

Fordi individuelle planter og derfor arter kun kan fungere fysiologisk og med succes gennemføre deres livscyklusser under specifikke miljøforhold (ideelt set inden for en delmængde af disse), vil ændringer i klima sandsynligvis have en betydelig indvirkning på planter fra individets niveau til og med til økosystemets eller biomets niveau .

Virkninger af CO 2

De seneste stigninger i atmosfærisk CO 2 .

CO 2 -koncentrationerne har været støt stigende i mere end to århundreder. Stigninger i atmosfærisk CO 2 -koncentration påvirker, hvordan planter fotosyntetiserer , hvilket resulterer i stigninger i plantevandets effektivitet, øget fotosyntetisk kapacitet og øget vækst. Øget CO 2 har været impliceret i 'vegetation fortykkelse', som påvirker plante samfund struktur og funktion. Afhængigt af omgivelserne, der er differentierede reaktioner på forhøjet atmosfærisk CO 2 mellem større funktionelle typer 'af planten, såsom C 3 og C 4 planter, eller mere eller mindre træagtige arter; som blandt andet har potentiale til at ændre konkurrencen mellem disse grupper. Forhøjet CO 2 kan også føre til øget kulstof: kvælstof -forhold i plantens blade eller i andre aspekter af bladkemi, muligvis ændring af planteædende ernæring. Undersøgelser viser, at fordoblede koncentrationer af CO 2 vil vise en stigning i fotosyntese i C3 -planter, men ikke i C4 -planter. Det er imidlertid også vist, at C4 -planter er i stand til at vedstå i tørke bedre end C3 -planterne.

Virkninger af temperatur

Global årlig anomali i overfladetemperaturen i 2005 i forhold til middelværdien 1951-1980

Stigninger i temperaturen øger hastigheden af ​​mange fysiologiske processer såsom fotosyntese i planter til en øvre grænse, afhængigt af plantetypen. Disse stigninger i fotosyntese og andre fysiologiske processer er drevet af øgede hastigheder af kemiske reaktioner og nogenlunde en fordobling af enzymatiske produktkonverteringshastigheder for hver 10 ° C stigning i temperatur. Ekstreme temperaturer kan være skadelige, når de overskrider plantens fysiologiske grænser, hvilket i sidste ende vil føre til højere udtørringshastigheder .

En fælles hypotese blandt forskere er, at jo varmere et område er, desto større er plantediversiteten. Denne hypotese kan observeres i naturen, hvor højere planters biodiversitet ofte er placeret på bestemte breddegrader (hvilket ofte korrelerer med et specifikt klima/temperatur).

Virkninger af vand

Nedbørstendenser i USA, fra perioden 1901–2005. I nogle områder er nedbøren steget i det sidste århundrede, mens nogle områder er tørret.

Da vandforsyning er afgørende for plantevækst, spiller det en nøglerolle i bestemmelsen af ​​planternes fordeling. Ændringer i nedbør forudsiges at være mindre konsekvente end for temperatur og mere varierende mellem regioner, med forudsigelser for nogle områder at blive meget vådere og nogle meget tørre. En ændring i tilgængeligheden af ​​vand ville vise en direkte sammenhæng med plantearternes vækstrater og vedholdenheder i regionen.

Med mindre konsekvente, mere intense nedbørshændelser vil vandtilgængeligheden have en direkte indvirkning på jordfugtigheden i et område. Et fald i jordfugtighed vil have en negativ indvirkning på plantens vækst og ændre dynamikken i økosystemet som helhed. Planter er ikke kun afhængige af den samlede nedbør i vækstsæsonen, men også intensiteten og størrelsen af ​​hver nedbørshændelse.

Generelle effekter

Miljømæssige variabler handle ikke isoleret, men i kombination med andre tryk, såsom habitat nedbrydning, tab af levesteder , og indførelsen af fremmede arter , der potentielt kan være invasiv . Det antydes, at disse andre drivkræfter for ændringer i biodiversitet vil handle i synergi med klimaændringer for at øge presset på arter for at overleve. Efterhånden som disse ændringer tilføjer, forventes vores samlede økosystemer at se meget anderledes ud, end de gør i dag.

Direkte virkninger af klimaændringer

Ændringer i distributioner

Fyrretræ, der repræsenterer en forhøjelse af trægrænserne på 105 m i perioden 1915–1974. Nipfjället, Sverige

Hvis klimafaktorer som temperatur og nedbør ændres i et område uden for tolerancen for en arts fænotypisk plasticitet , kan fordelingsændringer af arten være uundgåelige. Der er allerede tegn på, at plantearter ændrer deres rækkevidde i højde og breddegrad som et svar på skiftende regionale klimaer. Alligevel er det svært at forudsige, hvordan artsintervaller vil ændre sig som reaktion på klimaet og adskille disse ændringer fra alle de andre menneskeskabte miljøændringer som eutrofiering , sur regn og ødelæggelse af levesteder .

Sammenlignet med de rapporterede tidligere migrationshastigheder for plantearter har den hurtige hastighed i den nuværende ændring potentialet til ikke kun at ændre artsfordelingen, men også gøre mange arter ude af stand til at følge det klima, de er tilpasset. De miljøforhold, der kræves af nogle arter, f.eks. I alperne, kan forsvinde helt. Resultatet af disse ændringer vil sandsynligvis være en hurtig stigning i risiko for udryddelse. Tilpasning til nye forhold kan også have stor betydning i planternes reaktion.

Det er imidlertid ikke let at forudsige udryddelsesrisikoen for plantearter. Estimater fra bestemte perioder med hurtige klimatiske ændringer tidligere har vist relativt lidt artsudryddelse i nogle regioner, for eksempel. Viden om, hvordan arter kan tilpasse sig eller vedvare i lyset af hurtige ændringer, er stadig relativt begrænset.

Ændringer i habitatets egnethed til en art driver distributionsændringer ved ikke kun at ændre det område, som en art fysiologisk kan tolerere, men hvor effektivt den kan konkurrere med andre planter inden for dette område. Ændringer i samfundssammensætning er derfor også et forventet produkt af klimaændringer.

Ændringer i livscyklusser (fænologi)

Tidspunktet for fænologiske begivenheder såsom blomstring er ofte relateret til miljøvariabler som temperatur. Ændrede miljøer forventes derfor at føre til ændringer i livscyklushændelser, og disse er registreret for mange plantearter. Disse ændringer har potentiale til at føre til asynkroni mellem arter eller til at ændre konkurrence mellem planter. Blomstringstiderne i britiske planter har for eksempel ændret sig, hvilket har ført til, at etårige planter blomstrer tidligere end stauder , og insektbestøvede planter blomstrer tidligere end vindbestøvede planter; med potentielle økologiske konsekvenser. En nyligt offentliggjort undersøgelse har brugt data registreret af forfatteren og naturforskeren Henry David Thoreau til at bekræfte virkningerne af klimaændringer på fænologien for nogle arter i området Concord, Massachusetts .

Genetisk mangfoldighed

Artsrigdom og artsjævnhed spiller en central rolle i, hvor hurtigt og produktivt et økosystem kan tilpasse sig forandringer. Ved at øge muligheden for en befolkningsflaskehals gennem mere ekstreme vejrhændelser ville den genetiske mangfoldighed i befolkningen drastisk falde. Da genetisk mangfoldighed er en vigtig bidragyder til, hvordan et økosystem kan udvikle sig, ville økosystemet være meget mere modtageligt for at blive udslettet, da hver enkelt person ligner det næste. Fravær af genetiske mutationer og fald i artsrigdom øger i høj grad muligheden for udryddelse.

Ændring af miljøet lægger stress på en plante for at øge sin fænotypiske plasticitet , hvilket får arter til at ændre sig hurtigere end forudsagt. Disse plastiske reaktioner hjælper planterne med at reagere på et hurtigt skiftende miljø. At forstå, hvordan indfødte arter ændrer sig som reaktion på miljøet, hjælper med at indsamle konklusioner om, hvordan mutualistiske forhold vil reagere.

Indirekte virkninger af klimaændringer

Alle arter vil sandsynligvis blive direkte påvirket af ændringerne i miljøforholdene, der er diskuteret ovenfor, og også indirekte gennem deres interaktion med andre arter. Selvom direkte påvirkninger kan være lettere at forudsige og konceptualisere, er det sandsynligt, at indirekte påvirkninger er lige så vigtige for at bestemme planternes reaktion på klimaændringer. En art, hvis udbredelse ændrer sig som et direkte resultat af klimaændringer, kan f.eks. 'Invadere' en anden arts rækkevidde eller 'blive invaderet', indføre et nyt konkurrencemæssigt forhold eller ændre andre processer såsom kulstofbinding .

I Europa kan effekterne af temperatur og nedbør som følge af klimaændringer indirekte påvirke visse befolkningsgrupper. Stigningen af ​​temperaturer og mangel på nedbør resulterer i forskellige flodflodsletter, som reducerer befolkningen af ​​mennesker, der er følsomme over for oversvømmelsesrisiko.

Rækkevidden af ​​en symbiotisk svamp, der er forbundet med planterødder, kan ændre sig direkte som følge af ændret klima, hvilket resulterer i en ændring i plantens fordeling.

Et nyt græs kan spredes til en region, ændre ildregimet og i høj grad ændre artssammensætningen.

Et patogen eller en parasit kan ændre dets interaktioner med en plante, såsom at en patogen svamp bliver mere almindelig i et område, hvor nedbøren stiger.

Forhøjede temperaturer kan gøre det muligt for planteædere at ekspandere yderligere til alpine områder, hvilket vil påvirke sammensætningen af ​​alpine urtemarker betydeligt .

Sammenkoblede naturlige og menneskelige systemer fungerer som systemer, der påvirker forandringer i store rumlige og tidsmæssige omfang, der normalt ses som indirekte virkninger af klimaændringer. Dette er især tilfældet, når der analyseres spillover -systemer. Miljøfaktor#Socioøkonomiske drivere

Ændringer på højere niveau

Arter reagerer meget forskelligt på klimaændringer. Variation i udbredelse, fænologi og overflod af arter vil føre til uundgåelige ændringer i den relative overflod af arter og deres interaktioner. Disse ændringer vil fortsætte med at påvirke strukturen og funktionen af ​​økosystemer. Fuglens vandringsmønstre viser allerede en ændring i at flyve sydpå hurtigere, og vende tilbage hurtigere, kan dette over tid påvirke det samlede økosystem. Hvis fugle forlader før, ville dette reducere bestøvningshastigheden for nogle planter over tid. Observationen af ​​fugletrækninger er mere bevis på, at klimaet ændrer sig, hvilket vil resultere i, at planter blomstrer på forskellige tidspunkter.

Med visse plantearter, der har en ulempe med et varmere klima, kan deres insekturtædere også tage et hit. Temperaturen vil direkte påvirke mangfoldighed, vedholdenhed og overlevelse hos både planterne og deres planteplanter. Efterhånden som disse insekturtædere falder, vil det højere niveau af arter, der spiser disse insekter, falde. Denne brusende begivenhed ville være skadelig for vores jord, og hvordan vi ser på naturen i dag.

Udfordringer ved modellering af fremtidige virkninger

Nøjagtige forudsigelser om de fremtidige virkninger af klimaændringer på plantemangfoldighed er afgørende for udviklingen af ​​bevaringsstrategier. Disse forudsigelser er hovedsageligt kommet fra bioinformatiske strategier, der involverer modellering af individuelle arter, grupper af arter såsom 'funktionelle typer', samfund, økosystemer eller biomer. De kan også involvere modellering af arter, der observeres miljømæssige nicher eller observerede fysiologiske processer.

Selvom det er nyttigt, har modellering mange begrænsninger. For det første er der usikkerhed om de fremtidige niveauer af drivhusgasemissioner, der driver klimaændringer og betydelig usikkerhed ved modellering af, hvordan dette vil påvirke andre aspekter af klimaet, såsom lokal nedbør eller temperaturer. For de fleste arter er vigtigheden af ​​specifikke klimatiske variabler for at definere fordelingen (f.eks. Minimum nedbør eller maksimal temperatur) ukendt. Det er også svært at vide, hvilke aspekter af en bestemt klimavariabel, der er mest biologisk relevante, såsom gennemsnit vs. maksimum eller minimum temperaturer. Økologiske processer såsom interaktioner mellem arter og spredningshastigheder og afstande er også iboende komplekse, hvilket yderligere komplicerer forudsigelser.

Forbedring af modeller er et aktivt forskningsområde, hvor nye modeller forsøger at tage faktorer som artshistoriske træk eller processer såsom migration i betragtning ved forudsigelse af fordelingsændringer; selvom mulige afvejninger mellem regional nøjagtighed og generalitet anerkendes.

Klimaændringer forudsiges også at interagere med andre drivkræfter for ændringer i biodiversitet såsom ødelæggelse og fragmentering af levesteder eller introduktion af fremmede arter. Disse trusler kan muligvis virke i synergi for at øge udryddelsesrisikoen fra den, der er set i perioder med hurtige klimaændringer tidligere.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links