Влияние изменения климата на наземных птиц Северной Америки

Дэвид Кинг, Лесная служба США, Северная исследовательская станция, Центр исследований изменений экосистем, Массачусетский университет; Дебора М. Финч, Лесная служба США, Исследовательская станция Скалистых гор, Программа экосистем лугов, кустарников и пустынь.

Доступна архивная версия этой тематической страницы

вопросы

Обсуждение реакции птиц на изменение климата представляет интерес по ряду причин. Во-первых, поскольку птиц относительно легко идентифицировать и измерить, а их реакции на возмущения окружающей среды относительно хорошо известны, они полезны в качестве индикаторов экологических изменений (1). Кроме того, птицы сами по себе представляют интерес для сохранения. Популяции птиц сталкиваются с глобальными проблемами сохранения: согласно недавнему отчету (2), 1 из 8 видов столкнется с высоким риском исчезновения в ближайшем будущем. Наконец, птицы выполняют важные экосистемные функции, имеющие последствия для здоровья и благополучия человека, включая борьбу с вредителями, санитарию, распространение семян и опыление (3).

Вероятные изменения

Исследования птиц показали, что изменение климата влияет на птиц как прямо, так и косвенно. Распределение птиц тесно связано как с зимними, так и с летними температурами, а повышение температуры из-за изменения климата может напрямую влиять на птиц, заставляя их использовать больше энергии для терморегуляции. Это может нарушить их поддержание (энергия, необходимая организмам для поддержания их основных уровней активности и состояния), размножение, сроки размножения и миграции, а также снизить выживаемость или приспособленность (4). Птицы могут отреагировать на эти издержки, со временем сместив свои ареалы в районы с более подходящими тепловыми условиями, но среда обитания и другие ресурсы могут оказаться недостаточными или неподходящими для их нужд (5).

Вообще говоря, глобальные температуры снижаются с увеличением широты и высоты, поэтому фундаментальный прогноз ученых-климатологов состоит в том, что виды будут смещаться к полюсам и вверх по высоте (6; 7). Долгосрочные изменения в распространении птиц в Северной Америке ясно свидетельствуют о широтных сдвигах, при этом многие виды за последние несколько десятилетий сместили свое географическое распространение на север (8, 9). В наборах долгосрочных данных также сообщалось о сдвигах по высоте, и эти сдвиги, по-видимому, связаны с изменениями в осадках, а также в температуре. Данные показывают, что в горах Сьерра-Невада ареалы большинства видов сместились вверх по высоте с 1940-х годов, при этом некоторые виды птиц более тесно связаны с температурными сдвигами, а другие — с изменениями количества осадков (10).

Связанные с климатом сдвиги в распределении видов вдоль градиентов широты и высоты имеют важные последствия для сохранения. Если изменения температуры происходят быстрее, чем реакция растительности, или происходят за пределами подходящей потенциальной растительности, то популяции птиц могут быть вытеснены в районы маргинальной среды обитания, где их выживание и размножение, вероятно, снизятся (4). С высотными сдвигами площадь, доступная для колонизации видов по мере смещения ареалов вверх, также уменьшается с высотой (11). По этой причине горные виды считаются особенно уязвимыми к изменению климата. Эта озабоченность подчеркивается недавними данными об уменьшении численности видов-индикаторов горной ели и пихты в Национальном лесу Уайт-Маунтин, в том числе находящихся под угрозой исчезновения дроздов Бикнелла (Catharus bicknelli; 12). Анализ этих же данных также показывает восходящее смещение видов птиц из низинных лесных районов в горные леса, что согласуется с общими наблюдаемыми закономерностями, которые показывают, что виды среднегорья смещаются вверх (13).

Вопреки ожиданиям, DeLuca (13) также сообщил, что виды горных елово-пихтовых птиц, которые населяют ближайшую к лесу линию деревьев, на самом деле смещаются вниз по высоте. На первый взгляд это может показаться поводом для оптимизма, поскольку на более низких высотах больше площади, и, таким образом, ареалы горных птиц не будут ограничены нижним концом градиента высот. Однако более подробный анализ показывает, что более низкие высоты являются маргинальными местами обитания горных птиц, где у них более низкий успех в спаривании и гнездовании и, следовательно, более низкий репродуктивный успех. Эти результаты демонстрируют некоторые важные аспекты исследования изменения климата: они противоречат преобладающей парадигме, согласно которой виды будут реагировать на изменение климата, перемещая свой ареал в сторону более высоких высот, и они подчеркивают необходимость рассмотрения аспектов приспособленности, а также распределения организмов по отношению к ним. к изменению климата, потому что сдвиги могут быть неадаптивными.

В дополнение к этим прямым последствиям повышение температуры, связанное с изменением климата, может вызвать множество косвенных последствий. Одним из наиболее широко известных является десинхронизация воспроизводства перелетных птиц с пищевыми ресурсами. Многие виды птиц синхронизируют свой цикл гнездования, поэтому период максимальной потребности молодняка в пище совпадает с максимальной доступностью пищи (14). В случае с перелетными птицами, которые составляют большинство видов и особей во многих экосистемах умеренного пояса, их отлет из зимних районов связан с фотопериодом, тогда как на доступность их пищевых ресурсов, в основном насекомых, влияет фенология растений. Поскольку фенология растений связана с климатом и развивается в большинстве регионов, мигрирующие виды птиц в некоторых случаях прибывают и, следовательно, размножаются слишком поздно, чтобы успевать за временем их снабжения пищей (15).

Другие косвенные эффекты опосредованы изменениями в типах и сроках нарушения.В некоторых частях западной части США изменение климата проявляется в засушливых условиях, которые увеличивают частоту и силу лесных пожаров. Эти нарушения могут напрямую воздействовать на птиц, разрушая гнезда и изменяя среду обитания. Например, в Большом бассейне влияние засухи на режимы пожаров усугубляется нашествием читерника (Бромус текторум), экзотический вид, завезенный из Евразии. Читграсс более легко воспламеняется, чем местные травы, и по мере усиления условий засухи частота и интенсивность пожаров увеличиваются, а виды растений, адаптированные к менее суровым режимам пожаров, заменяются читграссом, что еще больше усиливает экстремальное поведение при пожаре. Синергические эффекты климата, пожара и вторжения обвиняют в потере и фрагментации больших местообитаний полыни, необходимых для облигатных полыней, таких как шалфейный молотильщик (Ореоскоптес горный) шалфейный воробей (Амфиспиза белли), и большой шалфейный тетерев (Центроцерк урофазианус), виды-кандидаты на включение в список в соответствии с Законом об исчезающих видах (16). Модели вируса Западного Нила также показывают влияние климата в этом регионе, предсказывая распространение болезни на более западные места и штаты. Это может повлиять на уязвимых птиц, таких как большой шалфейный тетерев, который во время засухи убегает к источникам воды, где его могут заразить комары, потенциально переносящие вирус. Наконец, исследования высокогорных птиц в Аризоне показывают, что более низкий снежный покров, связанный с изменением климата, обеспечивает более широкий доступ лосей к горным районам, а недавнее сокращение численности некоторых видов мигрирующих певчих птиц может быть результатом снижения репродуктивного успеха в результате деградации среды обитания из-за чрезмерного просмотр (17).

В глобальном климате и раньше происходили резкие изменения, однако нынешняя проблема для видов и экосистем со стороны климата заключается не только в степени изменения, но и в скорости. Быстрые изменения условий окружающей среды, вероятно, превышают способность многих видов птиц адаптироваться посредством естественного отбора (18).Эта озабоченность привела к повышенному интересу к определению характеристик видов, связанных с уязвимостью к изменению климата (19). В дополнение к приведенным выше примерам, показывающим, что горные и западные пастбищные виды подвергаются негативному воздействию, в настоящее время проводится анализ данных исследования гнездящихся птиц, чтобы определить, влияют ли такие черты, как миграционный статус, размер кладки или географический ареал, на уязвимость видов птиц к изменению климата. , на что указывают высотные и широтные сдвиги в их распределении (20). Поскольку реакция на изменение климата в значительной степени видоспецифична, ожидается, что виды будут рекомбинировать в новые сообщества, что может создать дополнительные проблемы, поскольку виды подвергаются воздействию хищников или конкурентов, для которых у них нет развитой защиты (21).

Варианты управления

Стратегии по смягчению воздействия изменения климата на популяции птиц включают поддержание устойчивости их мест обитания за счет снижения комплексных факторов стресса, которые потенциально взаимодействуют с изменением климата и усиливают его воздействие. Упомянутое выше влияние читграсса на режимы пожаров является примером, иллюстрирующим потенциальное комбинированное воздействие инвазивных видов. Другие примеры включают фрагментацию и загрязнение среды обитания. При необходимости устойчивость среды обитания можно повысить за счет активного управления, которое может поддерживать устойчивый рост и размножение местных растений для смягчения последствий засухи, теплового стресса и других воздействий, связанных с климатом (22). Другие стратегии, направленные на смягчение последствий изменения климата, включают увеличение площади охраняемых земель с целью включения в них большего количества рефугиумов среды обитания, где, по прогнозам, виды будут защищены от последствий изменения климата из-за особенностей местности. Создание и поддержание связности местообитаний между заповедниками и вдоль высотных и широтных градиентов путем создания коридоров или сетей заповедников также может способствовать перемещению чувствительных к климату видов (23).

По всей стране осуществляются проекты по повышению устойчивости за счет улучшения среды обитания экосистем, считающихся уязвимыми к изменению климата. Например, Инициатива по восстановлению ели в Центральных Аппалачах представляет собой многостороннее сотрудничество отдельных лиц и организаций, которые разделяют общую цель восстановления экосистемы красной ели и северной лиственной древесины на высокогорных ландшафтах Центральных Аппалачей. Лесная служба США является ключевым игроком в этой инициативе, и недавние достижения включают посадку, лесоводство и удаление экзотических видов для улучшения регенерации елей, а также лесовосстановление и приобретение мест обитания для уменьшения фрагментации. Эти усилия помогут приоритетным видам в этой экосистеме, находящейся под угрозой, противостоять последствиям изменения климата или изменить свой ареал, чтобы соответствовать подходящим климатическим условиям. Аналогичные методы используются Национальными лесами при пересмотре их лесных планов. Например, в Национальном лесу Кайбаб в Аризоне проводятся обработки по контролю за расходом топлива и механические прореживания в попытке снизить риск вспышек вредителей и болезней и катастрофических лесных пожаров, которые, как ожидается, будут увеличиваться с продолжающимся изменением климата.