Resampling alpine herbarium records reveals changes in plant traits over space and time - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Ecology Année : 2023

Resampling alpine herbarium records reveals changes in plant traits over space and time

Francesca Jaroszynska
Christian Rixen
Sarah Woodin
  • Fonction : Auteur
Sonja Wipf

Résumé

Zusammenfassung Die Klimaerwärmung führt zu einer Aufwärtsverschiebung der Verbreitung von Pflanzenarten und damit zu einem Zustrom von Arten aus niedrigeren Lagen in alpine Pflanzengemeinschaften. Veränderungen der funktionellen Eigenschaften von Pflanzen entlang von Höhengradienten und im Laufe der Zeit können diese veränderten Bedingungen widerspiegeln. Die anhand von Herbarbelegen gemessene intraspezifische Variabilität von funktionellen Eigenschaften in der Wuchsform (sog. Functional Traits) bietet eine Möglichkeit, solche Veränderungen im Laufe der Zeit zu beobachten. An vier ausgewählten Arten ( Poa alpina und Polygonum viviparum , typische Arten des alpinem Graslands, sowie Cardamine resedifolia und Ranunculus glacialis , typische Arten alpiner bis nivaler Schuttfluren) haben wir verschiedene funktionelle Eigenschaften gemessen von (i) Herbarbelegen, die zwischen 1880 und 1950 in verschiedenen Höhenlagen gesammelt wurden, und (ii) von Individuen, die 2014 in derselben Untersuchungsregion in den Schweizer Alpen entlang eines Höhengradienten von mehr als 1500 m neu beprobt wurden. Durch den Vergleich von (i) und (ii) für jede Art separat analysierten wir zeitliche Veränderungen in der Verteilung von funktionellen Eigenschaften entlang der Höhe. Nach einem Jahrhundert der Klimaerwärmung war die Veränderung der Beziehung zwischen den funktionellen Eigenschaften und der Höhenlage artabhängig. Die Werte der größenbezogenen und reproduktiven funktionellen Eigenschaften von P. viviparum nahmen mit der Zeit zu, wobei sie in niedrigeren, aber nicht in höheren Lagen zunahmen. Die größenbezogenen Eigenschaften von P. alpina nahmen mit der Zeit entlang des ganzen Höhengradienten zu. Die meisten größenbezogenen und blütenbezogenen Eigenschaften von C. resedifolia nahmen im Laufe der Zeit in niedrigeren Höhenlagen ab und konvergierten in höheren Lagen. Die Eigenschaften von R. glacialis schließlich reagierten nicht allein auf die Zeit: die reproduktiven Eigenschaften nahmen im Laufe der Zeit in niedrigeren Höhenlagen ab und in höheren zu, wodurch sich die historische Verteilung der Eigenschaften umkehrte. Im Jahr 2014 traten alle Arten in niedrigeren Höhenlagen hauptsächlich in ihren typischen Mikrohabitattypen auf, aber das Vorkommen in anderen Mikrohabitaten nahm bei allen Arten mit der Höhe zu. Synthese. Die gegensätzlichen Veränderungen in der Verteilung von Wachstums‐ und Fortpflanzungseigenschaften über die Zeit zwischen Arten des alpinen Grünlands und der alpinen Schuttfluren, insbesondere in niedrigeren Höhenlagen, deuten darauf hin, dass die Auswirkungen der Klimaerwärmung je nach Art unterschiedlich sind. Die spezifischen Bedingungen, unter denen eine Art überleben kann, sowie die Verfügbarkeit geeigneter Mikrohabitate werden die zukünftige Verbreitung der Arten beeinflussen. Eine weitere Erwärmung könnte die Verbreitung hochalpiner Pflanzenarten auf noch höhere Lagen beschränken oder aber auf Mikroklimata, die derzeit von höher steigenden subalpinen Arten nur schwer besiedelt werden können.
Climate warming causes upward shifts in plant species distributions, resulting in an influx of species from lower elevations into alpine plant communities. Plant functional trait changes along elevation gradients and over time may reflect these changing conditions. Intraspecific trait variation measured from herbarium records offers a way to observe such changes in trait values over time. We selected four species: Poa alpina and Polygonum viviparum found in alpine grasslands, and Cardamine resedifolia and Ranunculus glacialis found in high‐alpine to subnival scree habitats. We measured several functional traits from (i) herbarium records collected between 1880 and 1950 and from (ii) individuals resampled in 2014 along an elevation gradient covering >1500 m within the same study region in the Swiss Alps. By comparing (i) against (ii) for each species separately, we analysed temporal changes in the distribution of traits along the studied elevation gradient. After a century of climate warming, the change in the relationship linking plant functional traits with elevation was species dependent. Size‐related and reproductive functional trait values for P. viviparum increased over time, increasing at lower, but not higher elevations. Poa alpina 's size‐related traits increased consistently with time along the elevation gradient. Most of C. resedifolia 's size‐related and flowering traits decreased over time at lower elevations and converged at higher elevations. Finally, R. glacialis traits did not respond to time alone—reproductive traits decreased over time at lower, and increased at higher elevations, reversing their historical trait distributions. The negative trend for vegetative trait values with elevation did not change over time, however. In 2014, at lower elevations, all species mainly occurred on their typical microhabitat types, but occurrence on other microhabitats increased with elevation for all species. Synthesis : Contrasting temporal changes in the distribution of growth and reproductive trait values between alpine grassland and alpine‐subnival scree species, especially at lower elevations, suggest that climate warming effects vary among species. Additionally, species' physiological constraints and availability of suitable microhabitats may further impact species' distribution changes. Further warming may confine the distribution of high‐alpine plant species to even higher elevations, or microclimates currently difficult to colonise by lower‐alpine species.
Fichier principal
Vignette du fichier
Jaroszynska_al_2023_JEcol.pdf (4.68 Mo) Télécharger le fichier
Origine Publication financée par une institution
Licence

Dates et versions

hal-04259766 , version 1 (26-10-2023)

Licence

Identifiants

Citer

Francesca Jaroszynska, Christian Rixen, Sarah Woodin, Jonathan Roger Michel Henri Lenoir, Sonja Wipf. Resampling alpine herbarium records reveals changes in plant traits over space and time. Journal of Ecology, 2023, 111 (2), pp.338-355. ⟨10.1111/1365-2745.14062⟩. ⟨hal-04259766⟩
19 Consultations
12 Téléchargements

Altmetric

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More