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Complex and nonlinear climate-driven changes in freshwater insect communities over 42 years
Umeå universitet, Humanistiska fakulteten, Institutionen för idé- och samhällsstudier, Miljöarkeologiska laboratoriet. Department of River Ecology and Conservation, Senckenberg Research Institute and Natural History Museum Frankfurt, Germany. (Environmental Archaeology Lab)ORCID-id: 0000-0003-1848-3154
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2020 (Engelska)Ingår i: Conservation Biology, ISSN 0888-8892, E-ISSN 1523-1739, Vol. 34, nr 5, s. 1241-1251Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The ongoing biodiversity crisis becomes evident in the widely observed decline in abundance and diversity of species, profound changes in community structure, and shifts in species' phenology. Insects are among the most affected groups, with documented decreases in abundance up to 76% in the last 25–30 years in some terrestrial ecosystems. Identifying the underlying drivers is a major obstacle as most ecosystems are affected by multiple stressors simultaneously and in situ measurements of environmental variables are often missing. In our study, we investigated a headwater stream belonging to the most common stream type in Germany located in a nature reserve with no major anthropogenic impacts except climate change. We used the most comprehensive quantitative long‐term data set on aquatic insects available, which includes weekly measurements of species‐level insect abundance, daily water temperature and stream discharge as well as measurements of additional physicochemical variables for a 42‐year period (1969–2010). Overall, water temperature increased by 1.88°C and discharge patterns changed significantly. These changes were accompanied by an 81.6% decline in insect abundance, but an increase in richness (+8.5%), Shannon diversity (+22.7%), evenness (+22.4%), and interannual turnover (+34%). Moreover, the community's trophic structure and phenology changed: the duration of emergence increased by 15.2 days, whereas the peak of emergence moved 13.4 days earlier. Additionally, we observed short‐term fluctuations (<5 years) in almost all metrics as well as complex and nonlinear responses of the community toward climate change that would have been missed by simply using snapshot data or shorter time series. Our results indicate that climate change has already altered biotic communities severely even in protected areas, where no other interacting stressors (pollution, habitat fragmentation, etc.) are present. This is a striking example of the scientific value of comprehensive long‐term data in capturing the complex responses of communities toward climate change.

Abstract [es]

Cambios Complejos y No Lineales Causados por el Clima en Comunidades de Insectos de Agua Dulce durante 42 Años

La continua crisis de la biodiversidad se vuelve evidente en la ampliamente documentada decli-nación en la abundancia y diversidad de especies, cambios profundos en la estructura de las comunidades ymodificaciones en la fenología de las especies. Los insectos se encuentran entre los grupos más afectados; se han documentado reducciones en la abundancia de hasta el 76% en los últimos 25–30 años en algunos ecosistemas ter-restres. La identificación de los causantes subyacentes es un gran obstáculo porque la mayoría de los ecosistemasestán afectados por varios factores estresantes simultáneamente y con frecuencia faltan las medidas in situ delas variables ambientales. Investigamos un flujo naciente perteneciente al tipo de arroyo más común en Alemaniaubicado dentro de una reserva natural sin impactos antropogénicos importantes a excepción del cambio climático.Usamos el conjunto más completo disponible de datos cuantitativos de largo plazo para insectos acuáticos queincluye las medidas semanales de abundancia de insectos a nivel especie, las medidas diarias de la temperaturadel agua y la descarga del flujo y las medidas de variables físico-químicas adicionales durante 42 años (1969 -2010). En general, la temperatura del agua incrementó 1.88°C y los patrones de descarga cambiaron significati-vamente. Estos cambios estuvieron acompañados por una declinación del 81.6% en la abundancia de insectos,pero también de un incremento en la riqueza (+8.5%), la diversidad Shannon (+22.7%), la uniformidad (+22.4%)y la renovación interanual (+34%). Además, la estructura trófica y la fenología de la comunidad cambiaron: laduración del surgimiento incrementó en 15.2 días y el pico del surgimiento ocurrió con 13.4 días de anticipación.Observamos fluctuaciones a corto plazo (<5 años) en casi todas las medidas, así como respuestas complejas yno lineales de la comunidad hacia el cambio climático que podrían haber sido ignoradas si sólo se usaran datosinstantáneos o series de tiempo más cortas. Nuestros resultados indican que el cambio climático ya ha alteradoseriamente a las comunidades bióticas, incluso en áreas protegidas en las que no están presentes otros factoresestresantes en interacción (contaminación, fragmentación del hábitat, etc.). Ésto es un ejemplo notable del valorcientífico que tienen los datos completos de escalas de tiempo a largo plazo para la captura de las respuestascomplejas de las comunidades ante el cambio climático.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
John Wiley & Sons, 2020. Vol. 34, nr 5, s. 1241-1251
Nyckelord [en]
caddisflies, climate warming, discharge alteration, long-term observations, mayflies, rapid abundance decline, stoneflies
Nyckelord [zh]
气候变暖, 流量变化, 丰度迅速下降, 长期观测, 蜉蝣, 石蝇, 石蛾
Nyckelord [es]
alteración por descarga, calentamiento climático, declinación rápida de abundancia, Ephemeroptera, observaciones a largo plazo, Plecoptera, Trichoptera
Nationell ämneskategori
Ekologi Klimatforskning
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-171343DOI: 10.1111/cobi.13477ISI: 000530575500001PubMedID: 32022305Scopus ID: 2-s2.0-85085085956OAI: oai:DiVA.org:umu-171343DiVA, id: diva2:1436456
Tillgänglig från: 2020-06-08 Skapad: 2020-06-08 Senast uppdaterad: 2020-12-18Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

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Filinformation
Filnamn FULLTEXT02.pdfFilstorlek 1289 kBChecksumma SHA-512
f5ef692ce274459fb15621335545dc93a16f7dfa07d35370f79527c9780a825bc92d52e7f7d907733db238e03e058230e6dee1d4ee750431d0a5e1faba0e9ec7
Typ fulltextMimetyp application/pdf

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Person

Pilotto, Francesca

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Av författaren/redaktören
Baranov, ViktorJourdan, JonasPilotto, Francesca
Av organisationen
Miljöarkeologiska laboratoriet
I samma tidskrift
Conservation Biology
EkologiKlimatforskning

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