Effekter av klimatförändringar på växternas biologiska mångfald

Alpin flora vid Logan Pass , Glacier National Park , i Montana , USA: Alpina växter är en grupp som förväntas vara mycket mottagliga för effekterna av klimatförändringar

Livets historia på jorden är nära förknippad med miljöförändringar på flera rumsliga och tidsmässiga skalor. Klimatförändringar är en långsiktig förändring av de genomsnittliga vädermönster som har kommit att definiera jordens lokala, regionala och globala klimat. Dessa förändringar har ett brett spektrum av observerade effekter som är synonyma med termen. Klimatförändringar är alla betydande långsiktiga förändringar i det förväntade mönstret, oavsett om det beror på naturlig variation eller som ett resultat av mänsklig aktivitet. Att förutsäga effekterna som klimatförändringar kommer att ha på växternas biologiska mångfald kan uppnås med hjälp av olika modeller, men bioklimatiska modeller är vanligast.

Miljöförhållanden spelar en nyckelroll när det gäller att definiera växternas funktion och geografiska utbredning , i kombination med andra faktorer, och därigenom ändra mönster för biologisk mångfald . Förändringar i långsiktiga miljöförhållanden som kan myntas kollektivt klimatförändringar är kända för att ha haft enorma effekter på nuvarande växtmångfaldsmönster; ytterligare effekter förväntas i framtiden. Det förutspås att klimatförändringarna kommer att förbli en av de viktigaste drivkrafterna för biologisk mångfaldsmönster i framtiden. Mänskliga handlingar utlöser för närvarande den sjätte stora massutrotningen som vår jord har sett, vilket förändrar fördelningen och överflöd av många växter. En utvärdering av kärlväxtarter 2022 tyder på att arter utan större användningsområden i det mänskliga samhället är mycket mer benägna att dö ut jämfört med växter som aktivt odlas för mänskliga ändamål som jordbruk eller stadsdekoration.

Palaeo sammanhang

Australisk regnskog : Ett ekosystem som är känt för att ha minskat betydligt i området under den senaste geologiska tiden som ett resultat av klimatförändringar.
Karta över globala vegetationsfördelningar under det senaste glaciala maximumet

Jorden har upplevt ett ständigt föränderligt klimat under tiden sedan växter först utvecklades . I jämförelse med nutid har denna historia sett jorden som svalare, varmare, torrare och blötare, och koncentrationerna av CO 2 ( koldioxid) har varit både högre och lägre. Dessa förändringar har reflekterats av ständigt skiftande vegetation , till exempel skogssamhällen som dominerar de flesta områden i interglaciala perioder, och örtartade samhällen som dominerar under glaciala perioder . Det har visat sig genom fossila register att tidigare klimatförändringar har varit en viktig drivkraft för processerna för artbildning och utrotning . Det mest kända exemplet på detta är kolregnskogens kollaps som inträffade för 350 miljoner år sedan. Denna händelse decimerade amfibiepopulationer och sporrade till utvecklingen av reptiler.

Moderna sammanhang

Det finns ett betydande aktuellt intresse och forskningsfokus på fenomenet nyligen antropogena klimatförändringar, eller global uppvärmning . Fokus ligger på att identifiera de nuvarande effekterna av klimatförändringar på den biologiska mångfalden och att förutsäga dessa effekter in i framtiden.

Förändrade klimatvariabler som är relevanta för växternas funktion och distribution inkluderar ökande CO 2 -koncentrationer, ökande globala temperaturer, förändrade nederbördsmönster och förändringar i mönstret för extrema väderhändelser som cykloner, bränder eller stormar. Mycket varierande artfördelning har resulterat från olika modeller med varierande bioklimatiska förändringar.

Eftersom enskilda växter och därför arter endast kan fungera fysiologiskt och framgångsrikt fullfölja sina livscykler under specifika miljöförhållanden (helst inom en delmängd av dessa), kommer klimatförändringar sannolikt att ha betydande inverkan på växter från individnivå till och med nivån på ekosystemet eller biomet .

Effekter av CO 2

Den senaste tidens ökningar av atmosfärisk CO 2 .

CO 2 -koncentrationerna har stadigt stigit i mer än två århundraden. Ökade CO 2 -koncentrationer i atmosfären påverkar hur växter fotosyntes , vilket resulterar i ökad effektivitet i växtvattenanvändning, förbättrad fotosynteskapacitet och ökad tillväxt. Ökad CO 2 har varit inblandad i "vegetationsförtjockning" vilket påverkar växtsamhällets struktur och funktion. Beroende på miljön finns det olika reaktioner på förhöjd atmosfärisk CO 2 mellan stora "funktionella typer" av växter, såsom C 3 och C 4 växter, eller mer eller mindre vedartade arter; som bland annat har potential att förändra konkurrensen mellan dessa grupper. Ökad CO 2 kan också leda till ökade kol : kvävekvoter i växternas blad eller i andra aspekter av bladkemin, vilket möjligen förändrar växtätares näring. Studier visar att fördubblade koncentrationer av CO 2 kommer att visa en ökning av fotosyntesen i C3-växter men inte i C4-växter. Det har emellertid också visat sig att C 4 -växter kan bestå i torka bättre än C 3 -plantorna.

Effekter av temperatur

Global årlig yttemperaturavvikelse 2005, i förhållande till 1951-1980 medelvärde

Ökade temperaturer höjer hastigheten för många fysiologiska processer, såsom fotosyntes i växter, till en övre gräns, beroende på typ av växt. Dessa ökningar i fotosyntes och andra fysiologiska processer drivs av ökade hastigheter av kemiska reaktioner och ungefär en fördubbling av enzymatiska produktomvandlingshastigheter för varje 10 °C ökning i temperatur. Extrema temperaturer kan vara skadliga när de överskrider de fysiologiska gränserna för en växt, vilket så småningom kommer att leda till högre uttorkningshastigheter .

En vanlig hypotes bland forskare är att ju varmare ett område är, desto högre mångfald av växter. Denna hypotes kan observeras i naturen, där högre biologisk mångfald av växter ofta finns på vissa breddgrader (vilket ofta korrelerar med ett specifikt klimat/temperatur). Växtarter i bergs- och snöiga ekosystem löper större risk för förlust av livsmiljöer på grund av klimatförändringar. Effekterna av klimatförändringarna förutspås bli mer allvarliga i berg på nordlig breddgrad.

Och utsläppen fortsätter att öka. Som ett resultat är jorden nu cirka 1,1 °C varmare än den var i slutet av 1800-talet. Det senaste decenniet (2011-2020) var det varmaste någonsin. Många tror att klimatförändringar främst innebär varmare temperaturer. Men temperaturhöjningen är bara början på historien. Eftersom jorden är ett system, där allt hänger ihop, kan förändringar i ett område påverka förändringar i alla andra. Konsekvenserna av klimatförändringarna inkluderar nu bland annat intensiv torka, vattenbrist, svåra bränder, stigande havsnivåer, översvämningar, smältande polaris, katastrofala stormar och minskande biologisk mångfald.

Effekter av vatten

Nederbördstrender i USA, från perioden 1901–2005. I vissa områden har nederbörden ökat under det senaste århundradet, medan vissa områden har torkat.

Eftersom vattenförsörjningen är avgörande för växternas tillväxt, spelar den en nyckelroll för att bestämma fördelningen av växter. Förändringar i nederbörd förutspås vara mindre konsekventa än för temperatur och mer varierande mellan regioner, med förutsägelser för vissa områden att bli mycket blötare och andra mycket torrare. En förändring i vattentillgången skulle visa en direkt korrelation till tillväxthastigheten och beständigheten hos växtarter i den regionen.

Med mindre konsekventa, mer intensiva nederbördshändelser kommer vattentillgången att ha en direkt inverkan på markfuktigheten i ett område. En minskning av markfuktigheten kommer att ha negativa effekter på växternas tillväxt, vilket förändrar dynamiken i ekosystemet som helhet. Växter förlitar sig inte bara på den totala nederbörden under växtsäsongen, utan också på intensiteten och omfattningen av varje nederbördshändelse. Dessutom gör torkaliknande förhållanden som ses oftare med klimatförändringar många växt- och trädsamhällen sårbara för bränder med en lägre chans att överleva, vilket avsevärt minskar mångfalden.

Allmänna effekter

Miljövariabler fungerar inte isolerat, utan i kombination med andra påfrestningar som livsmiljöförsämring , förlust av livsmiljöer och introduktionen av exotiska arter som potentiellt kan vara invasiva . Det föreslås att dessa andra drivkrafter för förändring av biologisk mångfald kommer att agera i synergi med klimatförändringarna för att öka trycket på arter att överleva. Allt eftersom dessa förändringar ökar, förutspås jordens övergripande ekosystem se mycket annorlunda ut än de gör idag. Mer biologiskt mångfaldiga ekosystem ( hotspots för biologisk mångfald ) som ekosystem av medelhavstyp är mest utsatta och känsliga för förändringar som orsakas av den globala uppvärmningen.

Direkta effekter

Förändringar i distributioner

Tall som representerar en höjdhöjd av trädgränsen på 105 m under perioden 1915–1974. Nipfjället, Sverige

Om klimatfaktorer som temperatur och nederbörd förändras i en region utanför toleransen för en art fenotypisk plasticitet , kan distributionsförändringar av arten vara oundvikliga. Det finns redan bevis för att växtarter ändrar sitt utbredningsområde i höjd och latitud som ett svar på förändrade regionala klimat. Ändå är det svårt att förutsäga hur artutbredningen kommer att förändras som svar på klimatet och separera dessa förändringar från alla andra konstgjorda miljöförändringar som övergödning , surt regn och förstörelse av livsmiljöer .

Jämfört med tidigare rapporterade migrationshastigheter för växtarter, har den snabba takten i nuvarande förändringar potentialen att inte bara förändra arternas utbredning, utan också göra att många arter inte kan följa klimatet som de är anpassade till. De miljöförhållanden som krävs av vissa arter, såsom de i alpina regioner, kan försvinna helt. Resultatet av dessa förändringar kommer sannolikt att bli en snabb ökning av risken för utrotning. Anpassning till nya förhållanden kan också ha stor betydelse för växternas reaktion.

Att förutsäga risken för utrotning av växtarter är dock inte lätt. Uppskattningar från särskilda perioder av snabba klimatförändringar i det förflutna har visat på relativt lite artutrotning i vissa regioner, till exempel. Kunskapen om hur arter kan anpassa sig eller bestå inför snabba förändringar är fortfarande relativt begränsad.

Det är klart nu att förlusten av vissa arter kommer att vara mycket farlig för människor eftersom de kommer att sluta tillhandahålla tjänster. Vissa av dem har unika egenskaper som inte kan ersättas av någon annan.

Utbredningen av arter och växtarter kommer att minska till följd av klimatförändringarnas effekter. Klimatförändringar kan påverka områden som övervintring och häckningsplatser för fåglar. Flyttfåglar använder övervintrings- och häckningsplatser som en plats för att mata och ladda om efter att ha flyttat under långa timmar. Om dessa områden skadas på grund av klimatförändringar kommer det så småningom att påverka dem också.

Låglandsskogen har blivit mindre under den senaste istiden och de små områdena blev öar som består av torkatåliga växter. I de små flyktingområdena finns det också många skuggaberoende växter.

Förändringar i en livsmiljös lämplighet för en art driver distributionsförändringar genom att inte bara förändra det område som en art fysiologiskt kan tolerera, utan även hur effektivt den kan konkurrera med andra växter inom detta område. Förändringar i samhällssammansättningen är därför också en förväntad produkt av klimatförändringarna.

Förändringar i livscykler

Tidpunkten för fenologiska händelser som blomning är ofta relaterade till miljövariabler som temperatur. Föränderliga miljöer förväntas därför leda till förändringar i livscykelhändelser, och dessa har registrerats för många växtarter. Dessa förändringar har potential att leda till asynkroni mellan arter, eller att förändra konkurrensen mellan växter. Både insektspollinatorerna och växtpopulationerna kommer så småningom att dö ut på grund av det ojämna och förvirrande samband som orsakas av klimatförändringen. Blomningstider i brittiska växter har till exempel förändrats, vilket leder till att ettåriga växter blommar tidigare än perenner , och insektspollinerade växter blommar tidigare än vindpollinerade växter; med potentiella ekologiska konsekvenser. En nyligen publicerad studie har använt data som registrerats av författaren och naturforskaren Henry David Thoreau för att bekräfta effekterna av klimatförändringar på fenologin hos vissa arter i området Concord, Massachusetts .

Genetisk mångfald

Artrikedom och artjämnhet spelar en nyckelroll för hur snabbt och produktivt ett ekosystem kan anpassa sig till förändringar. Genom att öka möjligheten för en befolkningsflaskhals genom mer extrema väderhändelser skulle den genetiska mångfalden i befolkningen minska drastiskt. Eftersom genetisk mångfald är en huvudsaklig bidragande orsak till hur ett ekosystem kan utvecklas, skulle ekosystemet vara mycket mer mottagligt för att utplånas eftersom varje individ skulle likna nästa. En frånvaro av genetiska mutationer och minskad artrikedom ökar i hög grad möjligheten till utrotning.

Att förändra miljön sätter stress på en växt för att öka dess fenotypiska plasticitet , vilket gör att arter förändras snabbare än förutspått. Dessa plastsvar kommer att hjälpa växterna att reagera på en snabbt föränderlig miljö. Att förstå hur inhemska arter förändras som svar på miljön kommer att hjälpa till att dra slutsatser om hur ömsesidiga relationer kommer att reagera.

Indirekta effekter

Alla arter kommer sannolikt att påverkas direkt av förändringarna i miljöförhållandena som diskuterats ovan, och även indirekt genom deras interaktioner med andra arter. Även om direkta effekter kan vara lättare att förutse och konceptualisera, är det troligt att indirekta effekter är lika viktiga för att bestämma växternas reaktion på klimatförändringar. En art vars utbredning förändras som ett direkt resultat av klimatförändringar kan invadera en annan arts utbredningsområde eller invaderas, till exempel genom att införa ett nytt konkurrensförhållande eller förändra andra processer som kolbindning .

I Europa kan temperatur- och nederbördseffekter på grund av klimatförändringar indirekt påverka vissa populationer av människor. Ökningen av temperaturer och brist på nederbörd resulterar i olika flodslätter, vilket minskar populationen av människor som är känsliga för översvämningsrisk.

Klimatförändringar kan ha en inverkan på medicinalväxter genom att förändra miljöförhållandena för var de växer, till en punkt där förhållandena inte längre är idealiska och beboeliga.

Utbredningen av en symbiotisk svamp associerad med växtrötter (dvs. mykorrhiza) kan direkt förändras som ett resultat av förändrat klimat, vilket resulterar i en förändring i växtens utbredning.

Ett nytt gräs kan spridas in i en region, förändra brandregimen och kraftigt förändra artsammansättningen .

En patogen eller parasit kan ändra sin interaktion med en växt, till exempel att en patogen svamp blir vanligare i ett område där nederbörden ökar.

Ökade temperaturer kan tillåta växtätare att expandera ytterligare till alpina regioner, vilket avsevärt påverkar sammansättningen av alpina örtfält .

Kopplade naturliga och mänskliga system fungerar som system som påverkar förändringar över breda rumsliga och tidsmässiga omfattningar som vanligtvis ses som indirekta effekter av klimatförändringar. Detta gäller särskilt när man analyserar spillover-system. Miljöfaktor#Socioekonomiska drivkrafter

Ändringar på högre nivå

Arter reagerar på mycket olika sätt på klimatförändringar. Variation i utbredning, fenologi och förekomst av arter kommer att leda till oundvikliga förändringar i den relativa förekomsten av arter och deras interaktioner. Dessa förändringar kommer att flyta på och påverka ekosystemens struktur och funktion. Fågelvandringsmönster visar redan en förändring när det gäller att flyga söderut tidigare, och att återvända tidigare, detta kan med tiden påverka det övergripande ekosystemet. Om fåglarna lämnar tidigare skulle detta minska pollineringshastigheten för vissa växter över tiden. Observationen av fågelvandringar är mer bevis på klimatförändringen, vilket skulle resultera i att växter blommar vid olika tidpunkter.

Med vissa växtarter som har en nackdel med ett varmare klimat, kan deras insektsväxtätare också drabbas. Temperaturen kommer direkt att påverka mångfald, persistens och överlevnad hos både växterna och deras insektsväxtätare. När dessa insektsväxtätare minskar, kommer de högre nivåerna av arter som äter dessa insekter också att minska. Denna genomgripande händelse skulle vara skadlig för vår jord och hur vi ser på naturen idag.

Utmaningar med att modellera framtida effekter

Exakta förutsägelser om de framtida effekterna av klimatförändringar på växternas mångfald är avgörande för utvecklingen av bevarandestrategier. Dessa förutsägelser har till stor del kommit från bioinformatiska strategier, som involverar modellering av enskilda arter, grupper av arter som "funktionella typer", samhällen, ekosystem eller biomer. De kan också involvera modellering av arter observerade miljönischer , eller observerade fysiologiska processer. Klimatförändringarnas hastighet kan också vara inblandad i modellering av framtida effekter.

Även om det är användbart, har modellering många begränsningar. För det första finns det osäkerhet om de framtida nivåerna av utsläpp av växthusgaser som driver klimatförändringarna och stor osäkerhet i modelleringen av hur detta kommer att påverka andra aspekter av klimatet såsom lokal nederbörd eller temperaturer. För de flesta arter är betydelsen av specifika klimatvariabler för att definiera utbredning (t.ex. minsta nederbörd eller maximal temperatur) okänd. Det är också svårt att veta vilka aspekter av en viss klimatvariabel som är mest biologiskt relevanta, såsom medel- vs. högsta eller lägsta temperaturer. Ekologiska processer såsom interaktioner mellan arter och spridningshastigheter och avstånd är också i sig komplexa, vilket ytterligare komplicerar förutsägelser.

Förbättring av modeller är ett aktivt forskningsområde, med nya modeller som försöker ta hänsyn till faktorer som livshistoriska egenskaper hos arter eller processer som migration när man förutsäger distributionsförändringar; även om möjliga avvägningar mellan regional noggrannhet och allmänhet erkänns.

Klimatförändringar förutspås också interagera med andra drivkrafter bakom förändringar av biologisk mångfald, såsom förstörelse och fragmentering av livsmiljöer, eller introduktion av främmande arter. Dessa hot kan möjligen verka i synergi för att öka utrotningsrisken jämfört med tidigare perioder av snabba klimatförändringar. Global uppvärmning och klimatförändringar blir ett större hot ju längre vi motsätter oss att göra något åt ​​det i stor skala. Även om vi redan ser dess effekter i torka, orkaner, skogsbränder och aldrig tidigare skådade temperaturextremer, både höga och låga, är det inte för mycket sent för att sakta ner och mildra effekterna.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Effects_of_climate_change_on_plant_biodiversity&oldid=1139672578 "