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Title: Complex and nonlinear climate-driven changes in freshwater insect communities over 42 years.
Author: Baranov V, Jourdan J, Pilotto F, Wagner R, Haase P.
Journal: Conserv Biol; 2020 Oct; 34(5):1241-1251. PubMed ID: 32022305.
Abstract:
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. Cambios Complejos y No Lineales Causados por el Clima en Comunidades de Insectos de Agua Dulce durante 42 Años Resumen La continua crisis de la biodiversidad se vuelve evidente en la ampliamente documentada declinación en la abundancia y diversidad de especies, cambios profundos en la estructura de las comunidades y modificaciones 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 terrestres. La identificación de los causantes subyacentes es un gran obstáculo porque la mayoría de los ecosistemas están afectados por varios factores estresantes simultáneamente y con frecuencia faltan las medidas in situ de las variables ambientales. Investigamos un flujo naciente perteneciente al tipo de arroyo más común en Alemania ubicado 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 que incluye las medidas semanales de abundancia de insectos a nivel especie, las medidas diarias de la temperatura del 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 significativamente. 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: la duración 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 y no lineales de la comunidad hacia el cambio climático que podrían haber sido ignoradas si sólo se usaran datos instantáneos o series de tiempo más cortas. Nuestros resultados indican que el cambio climático ya ha alterado seriamente a las comunidades bióticas, incluso en áreas protegidas en las que no están presentes otros factores estresantes en interacción (contaminación, fragmentación del hábitat, etc.). Ésto es un ejemplo notable del valor científico que tienen los datos completos de escalas de tiempo a largo plazo para la captura de las respuestas complejas de las comunidades ante el cambio climático. 当前的生物多样性危机表现为物种数量和丰度的普遍下降、群落结构的明显变化和生物物候学的转变。昆虫是受影响最严重的群体之一; 记录表明, 过去25-30年间一些陆地生态系统昆虫丰度的下降高达 76% 。然而, 确定潜在的驱动因素仍阻碍重重, 因为大多数生态系统同时受到多种压力的影响, 且又常常缺少对环境变量的现场测量。本研究调查了德国最常见河流类型中的一条源头溪流, 它位于一个自然保护区内, 除气候变化外没有受到重大的人为影响。我们利用了目前水生昆虫最全面的长期定量数据集, 包括每周测量的昆虫物种丰度、每日水温和溪流流量, 以及42年来 (1969-2010年) 其它物理化学变量的观测数据。总体而言, 水温升高1.88°C , 流量就会发生明显变化。同时, 昆虫丰度下降81.6% , 但物种多样性增加 (+8.5%) , Shannon多样性增加 (+22.7%) , 均匀度增加 (+22.4%) 以及年际周转率增加 (+34%) 。此外, 群落营养结构和物候也发生了变化: 物种出现时间增加了15.2天, 出现高峰提前了 13.4 天。我们发现几乎所有指标都存在短期波动 (<5年) , 且群落对气候变化存在复杂的非线性响应, 这些变化是简单使用快照数据或更短的时间序列数据难以捕捉的。我们的研究结果表明, 即使在没有其它交互压力 (污染、栖息地破碎化等) 的保护区内, 气候变化也已经严重地改变了生物群落。这个惊人的案例说明综合的长期数据在记录群落对气候变化的复杂响应中具有重要科学价值。【翻译: 胡怡思; 审校: 聂永刚】.

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