Disentangling the impacts of herbivory and climate on ecological dynamics

Klimaendringer er en av dagens største miljøutfordringer. Men i mange deler av verden endrer økosystemene seg som følge av forandringer i antallet og type beitedyr. Tettheten av store beitedyr styres av menneskenes forvaltning og arealbruk, i tillegg til klima. Dette er spesielt relevant i den boreale skogen og på tundraen. Siden interaksjonene mellom beite og klima kan påvirke økosystemdynamikken, kan det være mulig å forvalte beitedyrene slik at de motvirker effekten av klimaendringer. I dette prosjektet har vi undersøkt nærmere hvordan klima og beiting sammen påvirker økologiske prosesser i nordlige økosystemer. Vi har studert disse prosessene på ulike skalaer, fra individuelle planter til hele biomer. På den minste skalaen har vi etablert et nettverk av flere boreale- og tundralokaliteter rundt om i den nordatlantiske regionen for å undersøke hvordan vekst hos nordlige vedplanter påvirkes av klima og av beite, og for å identifisere økosystemer som er spesielt sårbare for endringer i klima eller tettheten av beitedyr. Trær vokser raskere når det er varmt, men våre resultater fra det skotske høylandet, Canada og fra Norge har vist at både elg og hjort kan gjennom beite og tråkk senke vekstraten hos trær betraktelig. Derfor sier vi at de har en avkjølende effekt som kan motvirke effekten av global oppvarming. Denne effekten er allikevel avhengig av flere ting, slik som treslag og snødybde. I arktisk var påvirkningen av beitedyr på vekst av vedplanter moderat, med en tydelig topp ved middels temperaturer. På en større romlig skala har vi sett på effekten av beitedyr på planters utbredelsesmønstre samt hvordan klima påvirker interaksjonene mellom beitedyrene og plantene. Vi har vist at ville beitedyr som elg, hjort og rådyr har gått fra små, nærmeste marginale populasjoner for 70 år siden, til i dag hvor de er mer tallrike og dominerende i den norske naturen enn alle de utegående husdyrene til sammen. Denne endringen har vært mest tydelig i lavereliggende skogtrakter. Der har vi også nye resultater som viser hvordan sjeldne planter kan ha svært ulike responser. Noen responderer positivt til beitedyr, andre negativt. En tredje gruppe planter viser en ikke-lineær respons, der hverken for lite eller for mye beitedyr er veldig bra. Vi har også funnet ut at epifyttisk lav er en gruppe arter som er spesielt følsomme for endringer i mengde beitedyr, mest sannsynlig grunnet beitedyrenes påvirkning på treslagssammensetningen. Dessuten ble terskelendringer i sammensetningen av beitedyrsamfunn observert over biomegrensen mellom borealskogen og arktisk tundra. Beitedyrsamfunn ble heller direkte påvirket av temperatur, enn av vegetasjonsstruktur. Dette indikerer at planteetere vil reagere på oppvarming i nordlige økosystemer, med begrensede muligheter for trofiske interaksjoner for å bevare dagens dynamikk. Til slutt, for å identifisere områder som er spesielt påvirkelige for fremtidige miljømessige endringer som følge av forandringer i beitedyrenes artssammensetning, har vi kartlagt samfunnsstrukturene og mangfoldet av beitedyr i hele den arktiske og boreale sonen med fokus på antall arter, evolusjonære slektskap og funksjonelle ulikheter. Vi har funnet mindre evolusjonært og funksjonelt mangfold enn forventet i Arktis. Dette betyr at beitedyrsamfunn i nord har sterkt regulerende grenser. Gjennom «DISENTANGLE»-prosjektet har vi begynt å forstå hvordan beitedyrene og klima virker sammen for å styre og regulere økologiske prosesser i nordlige økosystemer. Selv om beitedyr kan motvirke effekten av et stadig varmere klima så er det andre faktorer som også er med på å bestemme økologiske responser.

The project's outcomes include increased international collaboration, in particular with Canada and Iceland. The Disentangle project has had an impact on research in Iceland, where a new project uses the techniques developed to assess herbivore diversity across space and time in Iceland. The quantification of temperature and deer densities in determining pine growth in Scotland will be used to set target deer densities for reforestation. The preponderance of epiphytic lichens species, for which habitat suitability was associated with Cervidae densities, calls for field studies to focus on Cervidae impacts on forest lichens.

Understanding the basic ecological interactions between abiotic and biotic drivers of ecological processes is paramount in a time of global environmental change. Trophic dynamics regulate most global ecosystems, yet multiple shifts in ecological dynamics have been attributed to climate change. Densities and distributions of large-herbivores are highly dynamic, driven by management and land-use; the interactions between herbivores and climate will determine ecosystem states under future global environmental change. The DISENTAGLE project will address how climate and herbivory together affect ecosystem processes across spatial scales, from individual plant-herbivore interactions to broad geographical distributions of functional groups of herbivores. This will be achieved through a range of approaches spanning spatial scales from individual sites to global biomes. First, the nature of interactions between herbivory and climate in determining ecosystem dynamics in northern ecosystems will be investigated by partitioning variance in growth of woody plants between climate and herbivory across multiple species and a network of sites. Next, the ability of herbivores to determine plant species distributions and the influence of environmental drivers on the nature of plant-herbivore interactions will be investigated. Finally, the functional and phylogenetic ecology of herbivores will be assessed across the world's arctic and boreal ecosystems in order to identify assemblages of herbivores vulnerable to future environmental change. The outcomes of DISENTANGLE will push the boundaries of our understanding of abiotic and biotic determination of ecosystem dynamics by disentangling the role that climate and herbivores play in regulating ecological processes and ecosystem states in northern ecosystems, and by developing our ability to scale up these interactions.