Môi trường sống trên đỉnh núi: Rock Ptarmigan (Lagopus muta helvetica) có thể tồn tại bao lâu trước sự thay đổi khí hậu nhanh chóng ở dãy Alps Thụy Sĩ? Một phương pháp đa quy mô

Journal of Ornithology - Tập 153 - Trang 891-905 - 2012
Rasmus Revermann1, Hans Schmid2, Niklaus Zbinden2, Reto Spaar2, Boris Schröder3
1Biocentre Klein Flottbek (Department Biodiversity of Plants), University of Hamburg, Hamburg, Germany
2Swiss Ornithological Institute, Sempach, Switzerland
3Technische Universität München, Landscape Ecology, Freising-Weihenstephan, Germany

Tóm tắt

Việc giám sát liên tục ở dãy Alps Thụy Sĩ đã chỉ ra rằng Rock Ptarmigan (Lagopus muta helvetica) đã trải qua một sự giảm sút đáng kể về số lượng trong suốt thập kỷ qua và biến đổi khí hậu đã được đề xuất là một nguyên nhân tiềm ẩn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát phản ứng của loài gà rừng trên núi cao này đối với sự thay đổi khí hậu nhanh chóng. Chúng tôi giải quyết một vấn đề thường bị lãng quên trong các nghiên cứu sinh thái vĩ mô về phân bố loài: sự phụ thuộc vào quy mô của các mô hình phân bố. Các mô hình được xây dựng dựa trên dữ liệu thực địa và các cơ sở dữ liệu môi trường cho các mô hình quy mô lớn. Việc triển khai một số cách tiếp cận mô hình thống kê, các chiến lược xác thực bên ngoài và việc thực hiện một nghiên cứu gần đây về biến đổi khí hậu khu vực ở Thụy Sĩ đảm bảo các dự đoán đáng tin cậy về sự chuyển dịch phân bố trong tương lai. Kết quả của chúng tôi cho thấy, ở cấp độ lãnh thổ, các biến mô tả về thảm thực vật, tính đa dạng của địa hình địa phương và cấu trúc môi trường sống có sức giải thích mạnh mẽ nhất. Ngược lại, ở quy mô trung bình và quy mô vĩ mô (với kích thước hạt lần lượt là 1 và 100 km2), các biến liên quan đến khí hậu sinh học và đất đai đóng vai trò nổi bật. Các mô hình dự đoán rằng, dựa trên nhiệt độ gia tăng trong mùa sinh sản, môi trường sống tiềm năng sẽ giảm đi tới hai phần ba cho đến năm 2070. Đồng thời, một sự dịch chuyển môi trường sống tiềm năng về phía các đỉnh núi được dự đoán. Cách tiếp cận đa quy mô làm nổi bật quy mô thực tế của môi trường sống tiềm năng cho loài này với sự phân bố rải rác trên địa hình dốc. Phân tích quy mô nhỏ làm rõ các khu vực môi trường sống quan trọng trong các khu vực lớn có môi trường sống phù hợp được dự đoán bởi các mô hình ở kích thước hạt lớn và bằng cách này tiết lộ sự biến động ở mức dưới lưới. Kết quả của chúng tôi có thể tạo điều kiện cho việc điều chỉnh các chiến lược bảo tồn loài đối với một môi trường đang thay đổi nhanh chóng.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Ackerly D, Loarie SR, Cornwell WK, Weiss SB, Hamilton H, Branciforte R, Kraft NJB (2010) The geography of climate change: implications for conservation biogeography. Divers Distrib 16:476–487

Araújo MB, New M (2007) Ensemble forecasting of species distributions. Trends Ecol Evol 22:42–47

Araújo M, Pearson RG, Thuiller W, Erhard M (2005) Validation of species—climate impact models under climate change. Glob Change Biol 11:1504–1513

Austin MP, Van Niel KP (2011) Improving species distribution models for climate change studies: variable selection and scale. J Biogeogr 38:1–8

Bolliger J, Kienast F, Zimmermann NE (2000) Risks of global warming on montane and subalpine forests of Switzerland—a modeling case study. Reg Environ Change 1(3–4):99–111

Bossert A (1995) Bestandsentwicklung und Habitatnutzung des Alpenschneehuhns Lagopus mutus im Aletschgebiet (Schweizer Alpen). Ornithol Beob 92(3):307–314

Brambilla M, Rubolini D, Guidali F (2006) Factors affecting breeding habitat selection in a cliff-nesting peregrine Falco peregrinus population. J Ornithol 147:428–435

Breiman L (2001) Random forests. Machine Learning 45:5–32

Cohen J (1960) A coefficient of agreement for nominal scales. Educ Psychol Measur 20:37–46

Dormann CF, McPherson JM, Araújo MB, Bivand R, Bolliger J, Carl G, Davis R, Hirzel A, Jetz W, Kissling WD, Kühn I, Ohlemüller R, Peres-Neto PR, Reineking B, Schröder B, Schurr FM, Wilson R (2007) Methods to account for spatial autocorrelation in the analysis of species distributional data: a review. Ecography 30:609–628

Dormann CF, Purschke O, García-Marquez J, Lautenbach S, Schröder B (2008) Components of uncertainty in species distribution analysis: a case study of the great grey shrike. Ecology 89(12):3371–3386

Dormann CF, Elith J, Bacher S, Buchmann C, Carl G, Carré G, Garcia Marquéz JR, Gruber B, Lafourcade B, Leitão PJ, Münkemüller T, McClean C, Osborne P, Reineking B, Schröder B, Skidmore A, Zurell D, Lautenbach S (2012) Collinearity: a review of methods to deal with it and a simulation study evaluating their performance. Ecography (in press)

Elith J, Graham CH, Anderson RP, Dudík M, Ferrier S, Guisan A, Hijmans RJ, Huettmann F, Leathwick JR, Lehmann A, Li J, Lohmann LG, Loiselle BA, Manion G, Moritz C, Nakamura M, Nakazawa Y, Overton JM, Peterson AT, Phillips SJ, Richardson K, Scachetti-Pereira R, Schapire RE, Soberón J, Williams S, Wisz MS, Zimmermann NE (2006) Novel methods improve prediction of species’ distributions from occurrence data. Ecography 29:129–151

Elith J, Leathwick JR, Hastie T (2008) A working guide to boosted regression trees. J Anim Ecol 77:802–813

Fasel M, Zbinden N (1983) Kausalanalyse zum Verlauf der südlichen Arealgrenze des Alpenschneehuhns Lagopus mutus im Tessin. Ornithol Beob 80:231–246

Favaron M, Scherini GC, Preatoni D, Tos G, Wauters LA (2006) Spacing behaviour and habitat use of rock ptarmigan (Lagopus mutus) at low density in the Italian Alps. J Ornithol 147:618–628

Fielding AH, Bell JF (1997) A review of methods for the assessment of prediction errors in conservation presence-absence models. Environ Conserv 24(1):38–49

Freeman EA, Moisen G (2008) Presenceabsence: an R package for presence absence analysis. J Stat Softw 23:1–31

Frei C (2004) Die Klimazukunft der Schweiz—eine probabilistische Projektion. In: Die Schweiz im Jahre 2050. OcCC, Bern

Frei C, Schöll R, Fukutome S, Schmidli J, Vidale PL (2006) Future change of precipitation extremes in Europe: an intercomparison of scenarios from regional climate models. J Geophys Res

Friedman JH (2002) Stochastic gradient boosting. Comput Stat Data Anal 38:367–378

Glutz von Blotzheim UN, Bauer KM, Bezzel E (1973) Handbuch der Vögel Mitteleuropas, vol 5: Galliformes und Gruiformes. Akademische, Frankfurt a. M.

Graf RF, Bollmann K, Suter W, Bugmann H (2005) The importance of spatial scale in habitat models: capercaillie in the Swiss Alps. Landsc Ecol 20:703–717

Graham MH (2003) Confronting multicollinearity in ecological multiple regression. Ecology 84:2809–2915

Guisan A, Zimmermann NE (2000) Predictive habitat distribution models in ecology. Ecol Model 135(2–3):147–186

Hampe A (2004) Bioclimate envelope models: what they detect and what they hide. Glob Ecol Biogeogr 13(5):469–471

Hegg O, Béguin C, Zoller H (1993) Atlas schutzwürdiger Vegetationstypen der Schweiz. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Bern

Hosmer DW, Lemeshow S (2000) Applied logistic regression. Wiley series in probability and statistics, 2nd edn. Wiley, New York

Hughes L (2000) Biological consequences of global warming: is the signal already apparent? Trends Ecol Evol 15:56–61

Huntley B, Collingham YC, Green RE, Hilton GM, Rahbek C, Willis SG (2006) Potential impacts of climatic change upon geographical distributions of birds. Ibis 148:8–28

IPCC (2007) Fourth assessment report intergovernmental panel on climate change. http://www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-wg1.htm

Keller V, Gerber A, Schmid H, Volet B, Zbinden N (2010) Rote Liste Brutvögel. Gefährdete Arten der Schweiz, Stand 2010. Bundesamt für Umwelt, Bern, und S chweizerische Vogelwarte, Sempach. Umwelt-Vollzug Nr. 1019

Kühn I (2007) Incorporating spatial autocorrelation may invert observed patterns. Divers Distrib 13:66–69

Leathwick JR, Elith J, Francis MP, Hastie T, Taylor P (2006) Variation in demersal fish species richness in the oceans surrounding New Zealand: an analysis using boosted regression trees. Mar Ecol Prog Ser 321:267–281

Lichstein JW, Simons TR, Shriner SA, Franzreb KE (2002) Spatial autocorrelation and autoregressive models in ecology. Ecol Monogr 72(3):445–463

Liu C, Berry PM, Dawson TP, Pearson RG (2005) Selecting thresholds of occurrence in the prediction of species distributions. Ecography 28:385–393

Luoto M, Heikkinen RK (2008) Disregarding topographical heterogeneity biases species turnover assessments based on bioclimatic models. Glob Change Biol 14:483–494

Luoto M, Virkkala R, Heikkinen RK (2007) The role of land cover in bioclimatic models depends on spatial resolution. Glob Ecol Biogeogr 16:34–42

Marti C, Bossert A (1985) Beobachtungen zur Sommerkativität und Brutbiologie des Alpenschneehuhns Lagopus mutus im Aletschgebiet (Wallis). Ornithol Beob 82:153–168

Monserud RA, Leemans R (1992) Comparing global vegetation maps with kappa statistic. Ecol Model 62:275–293

Nakicenovic N, Alcamo J, Davis G, de Vries B, Fenhann J, Gaffin S, Gregory K, Grübler A, Yong Jung T, Kram T, Lebre La Rovere E, Michaelis L, Mori S, Morita T, Pepper W, Pitcher H, Price L, Riahi K, Roehrl A, Rogner H-H, Sankovski A, Schlesinger M, Shukla P, Smith S, Swart R, van Rooijen S, Victor N, Dadi Z (2000) Special report on emission scenarios. A special report of working group III for the Integovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge

Neilson RP, Pitelka LF, Solomon AM, Nathan R, Midgley GF, Fragoso JMV, Lischke H, Thompson K (2005) Forecasting regional to global plant migration in response to climate change. Bioscience 55:749–759

Oppel S, Schaefer HM, Schmidt V, Schröder B (2004) Habitat selection by the pale-headed brush-finch, Atlapetes pallidiceps, in southern Ecuador: implications for conservation. Biol Conserv 118(1):33–40

Pearson RG, Dawson TP (2003) Predicting the impacts of climate change on the distribution of species: are bioclimate envelope models useful? Glob Ecol Biogeogr 12(5):361–372

Pearson RG, Dawson TP, Liu C (2004) Modelling species distributions in Britain: a hierarchical integration of climate and land-cover data. Ecography 27(3):285–298

Pearson RG, Thuiller W, Araújo MB, Martinez-Meyer E, Brotons L, Mcclean C, Miles L, Segurado P, Dawson TP, Lees DC (2006) Model-based uncertainty in species range prediction. J Biogeogr 33:1704–1711

Popy S, Bordignon L, Prodon R (2010) A weak upward elevational shift in the distributions of breeding birds in the Italian Alps. J Biogeogr 37:57–67

Prasad A, Iverson LR, Liaw A (2006) Newer classification and regression tree techniques: bagging and random forests for ecological prediction. Ecosystems 9:181–199

R Development Core Team (2009) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria

Rahbek C (2005) The role of spatial scale and the perception of large-scale species-richness patterns. Ecol Lett 8(2):224–239

Randin C, Engler R, Normand S, Zappa M, Zimmermann NE, Pearman PB, Vittoz P, Thuiller W, Guisan A (2009) Climate change and plant distribution: local models predict high-elevation persistence. Glob Change Biol 15(6):1557–1569

Reineking B, Schröder B (2006) Constrain to perform: regularization of habitat models. Ecol Model 193:675–690

Rorison IH, Gupta PL, Hunt R (1986) Local climate, topography and plant growth in Lathkill Dale NNR. II. Growth and nutrient uptake within a single season. Plant Cell Environ 9:57–64

Schmid H, Luder R, Naef-Daenzer B, Graf R, Zbinden N (1998) Schweizer Brutvogelatlas. Verbreitung der Brutvögel in der Schweiz und im Fürstentum Liechtenstein 1993–1996. Schweizerische Vogelwarte, Sempach

Speakman JR, Król E (2010) Maximal heat dissipation capacity and hyperthermia risk: neglected key factors in the ecology of endotherms. J Anim Ecol 79:726–746

Tanneberger F, Flade M, Preiksa Z, Schröder B (2010) Habitat selection of the globally threatened Aquatic Warbler at the western margin of the breeding range: implications for management. Ibis 152:347–358

Theurillat J-P, Guisan A (2001) Potential impact of climate change on vegetation in the European Alps: a review. Clim Change 50:77–109

Thomas CD, Lennon JJ (1999) Birds extend their ranges northwards. Nature 399:213

Thompson CM, McGarigal K (2002) The influence of research scale on bald eagle habitat selection along the lower hudson river, New York (USA). Landsc Ecol 17(6):569–586

Thuiller W, Araújo MB, Lavorel S (2004) Do we need land-cover data to model species distributions in europe? J Biogeogr 31(3):353–362

Virkkala R, Heikkinen RK, Leikola N, Luoto M (2008) Projected large-scale range reductions of northern-boreal land bird species due to climate change. Biol Conserv 141:1343–1353

Virkkala R, Marmion M, Heikkinen RK, Thuiller W, Luoto M (2010) Predicting range shifts of northern bird species: influence of modelling technique and topography. Acta Oecol 36:269–281

von dem Bussche J, Spaar R, Schmid H, Schröder B (2008) Modelling the recent and potential future spatial distribution of ring ouzel (Turdus torquatus) and blackbird (T. merula) in Switzerland. J Ornithol 149:529–544

Wilson JP, Gallant JC (2000) Terrain analysis: principles and applications. Wiley, New York

Zurell D, Jeltsch F, Dormann CF, Schröder B (2009) Static species distribution models in dynamically changing systems: how good can predictions really be? Ecography 32(5):733–774

Zurell D, Grimm V, Rossmanith E, Zbinden N, Zimmermann NE, Schröder B (2011) Uncertainty in predictions of range dynamics: Black Grouse climbing the Swiss Alps. Ecography (in press). doi:https://doi.org/10.1111/j.1600-0587.2011.07200.x

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Ornithology

Tập 153

891-905

Thông tin tác giả