Изменение биоразнообразия: прогнозируемые периоды серьезных экологических нарушений в результате изменения климата

Глобальное потепление

Поскольку антропогенное изменение климата продолжается, риски для биоразнообразия со временем будут возрастать, и будущие прогнозы указывают, что потенциально это обернется катастрофической потерей глобального биоразнообразия. Однако наше понимание того, когда и как резко происходит это нарушение биоразнообразия из-за климата, ограничено, поскольку прогнозы биоразнообразия обычно ориентированы на отдельные образы будущего.

Здесь мы используем годовые прогнозы (с 1850 по 2100 год). Температуры и осадки в диапазонах более 30 000 морских и наземных видов позволяют оценить сроки их воздействия на потенциально опасные климатические условия. Мы прогнозируем, что в будущем разрушение экологических сообществ в результате изменения климата будет драматичным, поскольку в рамках любой данной экологической коллекции воздействие на большинство видов в климате за пределами их реализованных границ ниши происходит почти одновременно.

В сценарии с высоким уровнем выбросов (Репрезентативный путь концентрации (RCP) 8.5) такие внезапные события воздействия начинаются до 2030 года в тропических океанах и распространяются в тропических лесах и более высоких широтах к 2050 году.

Если глобальное потепление будет поддерживаться ниже 2 ° C, то, по прогнозам, менее 2% глобальных сообществ будут затронуты внезапными воздействиями более чем на 20%. однако этот риск возрастает с потеплением, угрожая 15% собраний при температуре 4 ° C, причем аналогичные уровни риска наблюдаются в охраняемых и незащищенных районах.

Ускорение риска исчезновения видов из-за изменения климата

Урбан, Марк С. Публикация:
Science, Volume 348, Issue 6234, pp. 571-573 (2015)

Современные прогнозы риска вымирания видов в результате изменения климата широко варьируются в зависимости от конкретных допущений и географической и таксономической направленности каждого исследования. Я суммировал опубликованные исследования, чтобы оценить средний уровень глобального вымирания и определить, какие факторы вносят наибольший вклад в риски вымирания из-за изменения климата.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что риски вымирания будут возрастать с будущими глобальными температурами, угрожая до одного из шести видов в соответствии с нынешней политикой. Риски вымирания были самыми высокими в Южной Америке, Австралии и Новой Зеландии, и эти риски не различались в зависимости от таксономической группы. Реалистичные предположения о погашении долга и его рассеивании значительно увеличивали риск вымирания.

Прогнозируемое воздействие на насекомых, позвоночных и растения при глобальном потеплении до 1,5°C

Р. Уоррен, J. Цена, Э. Грэм , Н. Форстенхойслер, J. VanDerWal
Том. 360, Issue 6390, pp. 791-795

Насекомые — самая разнообразная группа животных на Земле, и они повсеместно встречаются в наземных пищевых сетях. У нас мало информации об их судьбе в изменяющемся климате; данные о насекомых скудны по сравнению с другими группами организмов. Уорреном и др. был проведен глобальный анализ влияния изменения климата на распространение насекомых. Для позвоночных и растений число видов, потерявших более половины своей географической площади к 2100 году, сокращается вдвое, когда потепление ограничивается 1,5 ° C, по сравнению с прогнозируемой потерей при 2 ° C. Но для насекомых это число сокращается на две трети.

Изменение климата создает риски для биоразнообразия с помощью ряда механизмов. Парижское соглашение Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) нацелено на ограничение глобального потепления до уровня «значительно ниже 2 ° C» выше доиндустриального уровня и на «принятие мер» по ограничению его до 1,5 ° C. предыдущие политические исследования рисков, связанных с изменением климата для биоразнообразия, были сосредоточены на количественной оценке преимуществ ограничения потепления до 2 ° C выше доиндустриального уровня с точки зрения предотвращения потери дальности действия. Исследования потенциального воздействия изменения климата на насекомых обычно сосредоточены только на небольших группах, хотя некоторые исследования охватывали семейство насекомых в одной стране [например, австралийские бабочки].

Потепление климата

Здесь мы количественно оцениваем разницу, которая означает, что предотвращение дополнительного потепления на 0,5 ° C (от 2 ° до 1,5 ° C) к 2100 году будет иметь важное значение для биоразнообразия с точки зрения предотвращения связанных с климатом изменений диапазона (потери или прироста, далее именуемого “размер диапазона”). Мы предоставляем глобальную оценку потенциального воздействия изменения климата на ареал более чем 115 000 наземных видов, включая более 34 000 насекомых и других беспозвоночных, не включенных в предыдущие глобальные исследования изменения климата и биоразнообразия.

Эта работа основана на более раннем исследовании с рядом заметных обновлений и улучшений:

  • включение насекомых, которые особенно важны для здорового функционирования экосистем;
  • почти втрое большее число изученных видов; почти в пять раз более высокое пространственное разрешение [позволяющее включать виды с диапазоном около одной пятой размера тех, что были в предыдущем анализе;
  • а также набор новых сценариев и моделей изменения климата.

Мы также специально рассмотрели уровни потепления, которые типичны для текущих политических усилий, включая сценарий, при котором страны не предпринимают дальнейших сокращений выбросов после достижения своих первых определяемых на национальном уровне взносов в 2030 году, далее именуемых «текущими обязательствами», соответствующими верхнему пределу диапазона нагрева от 2,6 ° до 3,2 ° C; и при сценарии с незначительным смягчением последствий изменения климата или вообще без него и потеплением на 4,5 ° C (все температуры относятся к доиндустриальным).

Для сравнения результатов сценария изменения климата для исследуемых таксонов используются две дополнительные метрики: метрика 1 — доля видов, теряющих> 50% своего текущего климатического диапазона, обеспечивающая широкий показатель потери диапазона биоразнообразия, сопоставимый с предыдущими исследованиями; и метрика 2-общая интегральная потеря диапазона, обеспечивающая дополнительный показатель потери диапазона биоразнообразия, позволяющий исследовать весь спектр результатов внутри таксонов. Он имеет максимальное значение 1, что соответствует потере диапазона 100% для всех видов и дает величину потери диапазона для всех видов в Таксоне.

Удержание потепления до 1,5 ° C вместо 2 ° C уменьшает число видов растений и позвоночных, подвергающихся прогнозируемой потере диапазона> 50% на ~ 50% (рис. 1 и таблица S2) для всех изученных таксонов (хотя выгоды для рептилий несколько меньше), однако для насекомых (и в более широком смысле для беспозвоночных) риски снижаются на ~ 66%. В целом риски при потеплении 4,5 ° С в 8-10 раз выше, чем при потеплении 1,5 ° С.

Прогнозируемое воздействие на насекомых, позвоночных и растения при глобальном потеплении до 1,5°C

Рис. 1 Доля смоделированных видов, которые потеряли более половины своего климатического диапазона к 2100 году при определенных уровнях глобального потепления. ( A ) Беспозвоночные ( n = 34,104), ( B ) Chordata ( n = 12,640), ( C ) Plantae ( n = 73,224), ( D ) Insecta ( n = 31,536), ( E ) Млекопитающие ( n = 1769), ( F ) Авес ( n = 7966), ( G ) Рептилия ( n = 1850) и ( H ) Амфибия ( n = 1055). Цвета: включая (синий) и исключающий (оранжевый) реалистичный разгон. Данные представлены в виде средней проекции по 21 альтернативной модели климатической модели с погрешностями, указывающими диапазон от 10 до 90%.

При текущих предсказаниях (~ 3,2 ° C) прогнозируемая потеря географического диапазона > 50% происходит у 49% (31-65%) насекомых, 44% (29-63%) растений и 26% (16-40 %) позвоночных животных. При 2 ° С они уменьшаются на 60-70%, до 18% (от 6 до 35%) у насекомых, 16% (от 9 до 28%) у растений и 8% (от 4 до 16%) у позвоночных. При 1,5 ° С этот показатель снижается до 6% (от 1 до 18%) насекомых, до 8% (от 4 до 15%) растений и до 4% (от 2 до 9%) позвоночных животных (табл.2). в целом насекомые подвержены большей потенциальной потере климатического диапазона, чем любая другая группа животных (Рис. 2).

А также больше всего выиграют, если потепление ограничится 1,5 ° С, а не 2 ° С. среди отрядов насекомых двукрылые, жесткокрылые и Полужесткокрылые демонстрируют наибольшую потенциальную потерю дальности, а Одонаты — наименьшую (рис.S1).

Наши результаты подтверждают более ранние исследования, которые предсказывают значительное увеличение потерь ареала и риска вымирания, потенциально связанного с потеплением. Форма кривых потерь диапазона (рис. 2) содержит дополнительную информацию о количестве видов, которые теряют большие доли своего ареала, показывая, как они изменяются от вогнутых при 1,5 ° С до выпуклых при 3,2 ° с, отражая возрастающие риски. Для насекомых (рис. S2), это изменение формы особенно сильно, что указывает на более быстрое увеличение риска.

Согласно текущим предсказаниям (3,2 ° C), прогнозируемая общая интегральная потеря диапазона составляет 43% (от 30 до 55%) для насекомых, 46% (от 36 до 57%) для растений и 21% (от 9 до 34%) для насекомых. позвоночное животное. При температуре 2 ° С она уменьшается на 30-60% — 27% (от 16 до 37%) у насекомых, на 30% (от 23 до 38%) у растений и на 10% (от 1 до 20%) у позвоночных. а при 1,5 ° С до 20% (от 11 до 28%) у насекомых, 24% (от 18 до 30%) у растений и 6% (от -1 до 14%) у позвоночных (таблица S3). Таким образом, эта метрика также указывает на то, что насекомые и растения являются группами с наибольшей экспозицией, за которыми следуют амфибии, а также на то, что насекомые больше всего выигрывают от ограничения потепления до 1,5 ° C, а не до 2 ° C. наши результаты также показывают, что при потеплении на 1,5 ° C все еще наблюдается значительная потеря климатического диапазона, несмотря на относительно небольшие доли видов, для которых потеря диапазона рис. 2, рис. S2 и S3 и таблица S3).

Прогнозируемое воздействие на насекомых, позвоночных и растения при глобальном потеплении до 1,5°C

Рис. 2 Прогнозируемая климатически обусловленная потеря ареала к 2100 г. для всех видов на определенных уровнях глобального потепления. ( A ) Беспозвоночные ( n = 34,104), ( B ) Chordata ( n = 12,640), ( C ) Plantae ( n = 73,224), ( D ) Insecta ( n = 31,536), ( E ) Млекопитающие ( n = 1769), ( F ) Авес ( n = 7966), ( G ) Рептилия ( n = 1850) и ( H ) Амфибия ( n = 1055). Соотношение колеблется от +1 (потеря 100%) до -1 (выигрыш 100%); значения <-1 указывают более чем на 100%. ИксОси представляют от 0 до 100 процентов или видов, расположенных в порядке возрастания потери диапазона, нормализованной по числу, смоделированному в таксоне. Потери для каждого вида показаны в виде среднего значения и колеблются от 10 до 90% в зависимости от модели регионального климата, как показано на рис. 1 .

Рис. 1, фиг. S1 и S3, а также таблицы S4 и S5 содержат соответствующие прогнозы для альтернативного развития при отсутствии роста показателей. Без рассеивания чешуекрылые и одонаты оказываются более уязвимыми к изменению климата, чем в других случаях (рис. S2 и S3); а также Aves и Mammalia (рис.S2), показывающие, насколько критически важна дисперсия для потенциальной адаптации этих таксонов к изменению климата. рис. 2, S2 и таблица S6 также указывают на небольшие доли видов, которые достигают своего размера среды обитания из-за расселения.

За исключением одонаты, пропорции, набирающие более половины своего диапазона, значительно больше пропорций, теряющих более половины, за исключением потепления на 1,5 ° С. В этом случае, когда дисперсия продолжается, пропорции видов млекопитающих и Авес, набирающих или теряющих > 50% своего климатического диапазона, аналогичны при 1,5 ° с (таблица S6), и общая интегральная потеря диапазона также близка к нулю (Рис.2 и таблица S3). Odonata демонстрирует совершенно иную климатическую реакцию на любые другие таксоны, причем число видов, попадающих в диапазон, по-видимому, уравновешивается потерей на всех уровнях потепления и даже слегка отрицательными значениями интегральной потери диапазона (таблица S3).

Рисунки S4 и S5 показывают, что среди чешуекрылых мотыльки подвергаются большему риску, чем бабочки, и мотыльки значительно более вероятны, чем бабочки, если потепление ограничено 1,5 ° C, а не 2 ° C, что согласуется с недавним исследованием атрибуции относительно 48% числа мотыльков в Соединенном Королевстве сокращается из-за изменения климата (16). Прогнозируемые риски для основных семейств насекомых-опылителей (Apidae, Syrphidae и Calliphoridae, т. е. пчел, гусей и мух) также значительны (рис. S4 и S5).

На рис. 3 показано географическое распределение преимуществ ограничения потепления до 1,5 ° C по сравнению с 2 ° C и 2 ° C по сравнению с 3,2 ° C у растений, позвоночных и насекомых. Области, которые больше всего выигрывают от смягчения последствий потепления, — это Южная Африка, часть Амазонки, Европа и Австралия. На рисунке S6 показаны прогнозируемые изменения видового богатства в глобальном масштабе при четырех уровнях потепления (1.5 °, 2 °, 3.2 °, 4.5 ° С выше доиндустриальных уровней) и, в соответствующих случаях, (для животных), включая или исключая реалистичное рассеивание. Районы, где потенциальное видовое богатство сокращается больше всего из-за изменения климата на 3,2 ° и 4,5 ° C, — это Южная Африка, Австралия и высокая Арктика.

Преимущества глобального среднегодового повышения температуры с точки зрения предотвращения потери видового богатства.

Рис. 3 Преимущества глобального среднегодового повышения температуры с точки зрения предотвращения потери видового богатства. ( A и B ) Insecta, ( C и D ) Chordata и ( E и F ) Plantae без рассеивания. (A, C, E) 1,5 ° C против 2 ° C; (D, E, F) 2 ° C против 3,2 ° C.

Мы находим значительные преимущества в ограничении потепления до 1,5 ° C выше доиндустриального уровня по сравнению с 2 ° C к 2100 году. Число видов насекомых, которые по прогнозам потеряют более 50% своего ареала, уменьшится примерно на 66%, в то время как число растений и видов животных, которые по прогнозам потеряют более половины своего ареала, уменьшится примерно на 50%. Следовательно, успешное осуществление Парижского соглашения может привести к значительным выгодам для глобального наземного биоразнообразия.

Риски для биоразнообразия, как правило, линейно возрастают с увеличением глобального потепления на 1,5-4,5 ° С, независимо от используемой метрики (Рис.1). S7 и S8). Прогнозируемый риск потепления обычно выше для большинства беспозвоночных, растений, амфибий и рептилий, чем для млекопитающих, птиц и некоторых изученных групп насекомых, из-за их более низкой скорости рассеивания.

Однако ограничение нагрева до 1,5 ° C может быть затруднено. Из 166 оцененных сценариев смягчения последствий изменения климата 87% из тех, которые ограничивают потепление до температур ниже 2 ° C с вероятностью > 66%, включают “технологию отрицательных выбросов», как правило, крупномасштабную биоэнергию с улавливанием и хранением углерода ( BECCS) (18) если первичная биоэнергия используется для снабжения BECCS, то к концу столетия может потребоваться до 18% поверхности Земли или от 24 до 36% современных пахотных земель.

Борьба за землю между биоэнергетикой и сельским хозяйством может обостриться, что может привести к косвенным изменениям в землепользовании и превращению экосистем в пахотные земли, если не будут приняты и не будут применены природоохранные меры. Это также может привести к интенсификации сельского хозяйства, что может привести к сокращению популяции насекомых. Поэтому для реализации прогнозируемых количественных выгод для биоразнообразия мы вводим термин “смягчение последствий в соответствии со статьей 2”.

На практике возникает необходимость обеспечения «естественной адаптации экосистем» к изменению климата; требует тщательного проектирования и расширения существующих сетей охраняемых территорий, с тем чтобы виды могли сохраняться и рассеиваться во время потепления в сочетании с мерами по смягчению последствий.

Новые исследования изучают сценарии, в которых Бекк производится из вторичного биотоплива или в которых происходят изменения в рационе питания человека, что приводит к значительному снижению последствий косвенных изменений в землепользовании. Последствия сценариев «перескока», при которых температура превышает определенный уровень и затем возвращается к нему, приведены в дополнительных материалах.

Это исследование было сосредоточено на сравнении преимуществ достижения 1,5 ° C против 2 ° C потепления к 2100 году. В других временных масштабах риски, связанные с достижением этих альтернативных уровней потепления, будут зависеть от временной шкалы: чем раньше будет достигнут конкретный уровень потепления, тем выше риск, поскольку виды будут иметь меньше времени для естественного рассеивания, чтобы отслеживать свою климатическую оболочку, и у общества будет меньше времени для расширения сетей охраняемых районов или иного облегчения передвижения. Поэтому смягчение последствий “покупает время » для адаптации.

Изменение климата

Несмотря на предупреждения, наши результаты обычно считаются консервативными, в частности, в свете отсутствия внимания к потенциальному нарушению отношений хищник-жертва, опылитель, мутуалистический или другой вид и ограниченные доказательства того, что взаимозависимость может быть или не быть заменена изменением климата.

Такие нарушения могут привести к потере функционирования экосистемы, что особенно важно с учетом того, что прогнозируемая потеря радиуса действия у насекомых и растений во многих местах может превышать потери для птиц и млекопитающих, которые более способны естественным образом рассредоточиться для отслеживания географически изменяющегося климата . Кроме того, отсутствие учета потенциальных рисков, связанных с экстремальными погодными явлениями, которые, по прогнозам, станут более частыми и интенсивными во многих регионах или пожарными режимами, может привести к воздействиям, которые могут произойти раньше, чем проекты моделей.

Предполагается, что это прогнозируемое сокращение видового разнообразия в конкретных климатических условиях окажет сопутствующее воздействие на функционирование экосистем и предоставление важных услуг для обеспечения и регулирования экосистемных услуг и поддержания благосостояния человека. В последнее время в Германии за последние 27 лет наблюдается снижение численности летающих насекомых на 76-82%; а во всем мире 67% изученных беспозвоночных показали снижение на 45%.

Экологический кризис

Если эти наблюдения являются репрезентативными для глобальных тенденций, то любое прогнозируемое снижение в результате изменение климата будет дополнять наблюдаемое. Такое сокращение приведет к сокращению экосистемных услуг с сопутствующими последствиями для выживания растений.

Насекомые также играют ключевую роль в обеспечении пищей на более высоких трофических уровнях и выполняют другие ключевые функции в экосистемах, такие как вредители, травоядные и круговорот питательных веществ (28, 32, 33). Следовательно, риски для этих жизненно важных экосистемных функций и услуг, выполняемых насекомыми, значительно ниже, если глобальное потепление ограничивается 1,5 ° C выше доиндустриального уровня по сравнению с 2 ° C.

Читайте также: