The role of Functional group interactions in mediating climate change impacts on the Carbon dynamics and Biodiversity of alpine ecosystems

Fjellstrøkene våre er viktige leveområder for mange plante- og dyrearter, men de bidrar også med viktige økosystemfunksjoner og tjenester som for eksempel karbonlagring, husdyrbeiter, og regulering av flom og skred. Samtidig er fjellets økosystemer særlig sårbare for klimaendringer. Fjellvegetasjonen består av flere viktige organismegrupper; blant annet primærprodusenter som busker, urter, gress, moser, og lav, og nedbrytere som bakterier og sopp. For å forstå hvordan klimaendringene påvirker økosystemet som helhet må vi forstå både de direkte effektene av klima og klimaendringer på hver enkelt av disse gruppene, og vi må forstå hvordan klimaendringene påvirker samspillet mellom dem. I FunCaB undersøker vi dette ved hjelp av felteksperimenter. Vi fjerner en eller flere av plantegruppene og undersøker hvordan de andre gruppene responderer, og vi gjør disse eksperimentene under forskjellige klimaforhold slik at vi kan undersøke klimaets betydning for samspillet. Hypotesen er at konkurranse mellom de forskjellige primærprodusentene vil dominere under relativt varme og produktive forhold, mens samarbeid (fasilitering) vil dominere under kalde og uproduktive forhold. Vi forventer også at moser bidrar mer til produktivitet og karbonlagring, og at sopp bidrar mer til nedbryting, under fuktige forhold. For å teste disse hypotesene måler vi karbondynamikk, nedbryting, og karbonlagre i jorda langs gradientene og i eksperimentene våre. Vi måler også artssammensetning, frøplanterekruttering og biomasse av moser og høyere planter. Resultatene bekrefter hypotesene våre. Når vi fjerner gress ser vi at urtene i lavlandet vokser og overlever bedre, mens urtene på fjellet faktisk klarer seg dårligere. Gress er den funksjonelle gruppen som er best i stand til å tåle, og utnytte, de endringene de utsettes for når naboene forsvinner. Resultatene viser videre at klima har stor betydning for nedbrytning i jorda, og for karbonbinding gjennom fotosyntese, som begge er langsommere i kalde, våte klima. Samtidig ser vi også at plantesamfunnet, og spesielt den funksjonelle sammensetningen av arter har stor betydning for karbondynamikken. Gress og urter bidrar til raskere omsetning i økosystemet, mens moser bidrar til å stabilisere fuktighet og temperatur og dermed til saktere karbonbinding, men også saktere nedbryting. Dette betyr at konkurranse mellom artene dominerer under varme forhold, mens samarbeid eller fasilitering dominerer på fjellet. Moser har i tillegg en effekt på mikroklimaet, i det de fungerer som et 'teppe' som jevner ut svingninger i temperatur og fuktighet. Denne regulerende effekten påvirker igjen mikroorganismene i jorda, noe som kan ha konsekvenser for nedbryting og karbonbinding. Slike spørsmål om endringer i interaksjoner langs klimagradienter er det ikke mulig å undersøke uten nettopp å kombinere eksperimenter og gradienter, i "markoøkologiske eksperiementer". FunCaB illustrerer hvordan slike elsperimenter kan brukes som et hjelpemidler for å forstå hvordan og hvorfor effektene av klima og miljøendringer varierer i landskapene. Resultatene våre vil også brukes i modellsimuleringer for å kunne si noe om konsekvensene av klima og klimaendringer for biologisk mangfold og karbonlagring på større skala og under forskjellige fremtidige klimascenarier. FunCaB vil dermed bidra til økt kunnskap om og tilbakekoblinger mellom terrestriske økosystemer og klimasystemet.

FunCaB contributes new knowledge on biodiversity and ecosystem responses to climate change. Based on our long-term research portfolio in these sites and systems, FunCaB has laid foundations for stronger cooperation with climate researchers enabling exploring key research gaps related to the feedback effects between vegetation and the climate system. The sites are already used for new experiments, and we are committed to ensuring their continued operation. European and international networks are important for promoting collaboration, data utilization, funding, and new studies in the SeedClim sites. FunCaB has generated significant data and we will secure and make this data FAIR and openly available to the research community while heeding research ethics principles, including author rights. We have disseminated results in various user-directed and public forums, and we have been met with interest from industry, management, society and the general public.

Alpine regions contribute important ecosystem functions and services, and are at the same time particularly vulnerable to the ongoing climate change. Recent research, including work by the team behind this proposal, indicates that to understand the impacts of climate and environmental change on alpine ecosystems we urgently need improved knowledge on (i) the effects of both temperature and precipitation change, including disentangling potential interactive effects between these two aspects of climate change, and (ii) the roles of, and interactions between, important functional groups in alpine ecosystems. In particular, to understand alpine biodiversity and carbon ( C) dynamics under climate change, we need to disentangle the roles of and interactions between characteristic and important alpine primary producer (e.g., graminoids, forbs, woody, and non-vascular) and decomposer (e.g., bacteria, fungi) communities under different climatic settings. FunCaB will use an effective combination of gradient studies, field experiments and model simulations. The experiments are targeted specifically at quantifying and disentangling key climatic and biotic controls of alpine biodiversity and C dynamics, whereas the simulations will enable process-level understanding and assessment of larger-scale and longer-term consequences including feedbacks to the climate system. The comparison of the two approaches will contribute to model validation and guide future development of the nationally facilitated Earth system model NorESM (Norwegian Earth System Model). The project will enable better estimates of the current biodiversity and C stocks and dynamics of alpine regions, and establish causal linkages between these key ecosystem functions and services and climate. These results will provide an improved knowledge basis for projecting future climate change impacts and feedbacks between terrestrial ecosystems and the climate system.