Strategies to Mitigate Pressures on Terrestrial Ecosystems from Multiple Stressors

Landbaserte økosystem i Norge og Tibetplatået er under økende belastning, spesielt som følge av pågående temperaturøkninger og menneskelig aktivitet. En forståelse av hvordan belastningene har utviklet seg historisk, og hvordan de vil utvikle seg i fremtiden, har vært manglende. En detaljert forståelse av hvordan ulike belastninger påvirker hverandre igjen på landskapsnivå, har representert et betydelig kunnskapsgap. MITISTRESS har undersøkt dette kunnskapsgapet, og kartlagt endringer i klimatiske forhold og arealbruk, og har undersøkt økosystemenes belastningsnivå med å sette søkelys på de kumulative effektene. Hovedbelastningene som er undersøkt er; klimaendringer, arealbruk, populasjonspress og ville herbivorers beite. Økosystemtjenester inkludert i undersøkelsen er både forsyningstjenester og regulerende tjenester. I Tibetplatået ble sensitiviteten og fremtidig eksponering av økosystemtjenester til klimaendring analysert. Her ble det observert økt karbonlagring, men det eksisterer sammenhenger mellom flere landskapstjenester som varierer over tid. Jordretensjon, vannutbytte (avrenning) og habitatskvalitet ble eksempelvis redusert, og det eksisterer flere synergier mellom regulerende og støttende økosystemtjenester som kan påvirkes ulikt som følge av klimaendringer. Ny forskning har identifisert mulige klima refugium, altså bufferregioner som kan begrense negative klimapåvirkninger på artsmangfoldet. Disse ble identifisert ved bruk av ulike indikatorer for miljø og biomangfold (vegetasjon og topografi) og lokal sensitivitet til klimaendringer. Dette viste at eksisterende nettverk for beskyttede områder (protected areas – PAs) lider under kritiske konserveringsmangler. Vi anbefaler sterkt for en hyppig inkludering av klima refugium i fremtidige planer for beskyttede områder (PA) for å øke effekten av konserveringstiltak. Bevis for negativ påvirkning fra menneskelig aktivitet ble også observert i studien, noe som viser viktigheten av å forbedre eksisterende beskyttende tiltak. Oppgradering av områdenes status (fra provinsielt til nasjonalt nivå) medførte rask økning i effekten av konserveringstiltak. Beskyttede områders grenser ble funnet til å ha en viktig økologisk rolle. Gode bevaringstiltak kan her bidra effektivt til å sikre vegetasjonstetthet, dekke, og produktivitet. I Norge ble det utviklet en ny metode som gjorde det mulig å observere medfordeler og avveininger mellom økosystemtjenester på et rutenettnivå, som muliggjorde konstruksjon av et nytt datasett for landdekke som inkluderer påvirkning av årlig skoghøsting. Her ble det funnet at i) habitatskvalitet reduseres i landskap som påvirkes av land- og skogbruk, ii) økning av vannutbytte/avrenning og jorderosjon som følge av mer nedbør, iii) økt karbonlagring og produksjonstjenester som følge av økte temperaturer og forvaltning av områdene. Analysen av sensordata fra de to siste tiår viser en utbredt økning i landskapsdekke som følge av temperaturøkning (med sterkest positiv effekt i mai). Husdyrhold viste hovedsakelig negative effekter på landskapsdekke over 69º N, mens de negative effektene av vilt dyreliv hovedsakelig er lokalisert sør-øst på fastlandet (under 61º N). Prosjektet undersøkte hvordan skogbruk påvirker lokale overflatetemperaturer (LST) i Fennoskandia med bruk av ulike sammensetninger av maskinlæringsalgoritmer. Analysene viser at eldre og mer utviklet skog er assosiert med høyere LST enn yngre skog, bortsett fra om sommeren. Det ble utviklet en ny, enkel og pålitelig statistisk modell basert på høyoppløselig kartdata som knytter individuell skogbrukpraksis til LST. Modellen viser en svak årlig gjennomsnittlig nedkjøling på -0.01°C som følge av skoghøsting fra 2015 til 2018, med en økning i dagtids temperaturer på sommeren med 0.04°C. Modellen har en åpen kildekode og kan anvendes av allmenheten uten behov for profesjonell kompetanse. Modellen støtter utforming og design av klima-smarte skogbruk strategier. Dette er også første gang klimaeffekten av elgers beite på trær, og medfølgende albedo effekt, er estimert ved bruk av et nytt empirisk datagrunnlag som inkluderer begrensning av planteetere fra flatehogst områder. Her observerer man at den totale tre mengden i begrensede områder er høyere enn ubegrensede områder. Elgbeite begrenset veksten av bjørk, som igjen medfører til større vekst av bartre arter (spesielt gran). Samtidig økte elgbeite albedo effekten, som økte biofysisk kjøling. Gjennomsnittlig, på regionalt nivå, er klimaeffekten som følge av biomasseendring og albedo tilnærmet like store, men bidrag kan variere mellom spesifikke lokasjoner. Gitt påvirkningen på tilvekst av trær og klima, burde elgbeite tetthet innlemmes i planleggingsprosesser for optimalisering av skogbruk. Prosjektet viser nåværende status for arealbruk og økosystemtjenester i to kritiske økosystem, Norge og Tibet, og gir et bredt empirisk grunnlag for videre undersøkelser og studier av forbedringspotensial i forvaltningsstrategier.

Our results offer an overview on the status of land use and ecosystem services in two critical ecosystems such as Norway and the Tibetan Plateau, provide a wide empirical basis of measurements and datasets for future studies, and make available to scientific peers and national stakeholders the opportunities to understand existing threats to ecosystems and possible sustainable management strategies to secure a long-term delivery of ecosystem services. More specifically, one of the main significant aspects of the results for the Tibetan Plateau concerns the status and effectiveness of protected areas. This information is useful to the local managers as they can identify the protected areas where conservation is less effective, and the main drivers of the detrimental effect (i.e., climate change, increased pressure from human activities or declines in ecosystem services). We also propose and assess the effectiveness of solutions that can strengthen conservation benefits, for example by actively considering in the planning of protected areas the establishment of climate refugia, and/or maximizing the beneficial role played by protected area edges (which can be expanded and secured). For Norway, examples of practical relevance of the results include the elaboration of high-resolution maps of annual forest harvest disturbances, which inform about annual area harvested and outtake volumes per main tree species (spruce, pine, and birch). These maps are integrated with other land cover datasets, providing a consistent basis of land cover distribution for the entire country (with the forest and harvest characteristics). They have been produced by reproducing the latest advances in remote sensing approaches for Norway, and they can be regularly updated. This new dataset offers useful insights to both research peers, which can use it as input for climate and environmental impact models, and to private and public stakeholders, which can monitor and visualize the trends and locations of harvest disturbances. We also generated an open-source model that can estimate effects of forest management on local surface temperature, and it can be applied to both historical data or used to quantify effects of alternative management scenarios. Given its inherent simplicity and the possibility to be used across different scales, it can be applied by non-experts and it ultimately supports the design of climate-smarter forest management strategies. The project also created new knowledge on how moose browsing in productive forests affects timber value and climate change. Because of the influence on tree growth rates and climate impacts, we argue that management of moose browsing density should be integrated into forest management plans to optimize climate change mitigation and forest productivity.

Terrestrial ecosystems are sensitive to multiple stressors. The IPBES assessment recently concluded that biodiversity in Europe and central Asia has been continuously declining because of both land use change and intensification of agriculture and forestry. Many future scenarios of the IPCC envisage a future that is more heavily reliant on terrestrial ecosystems to supply renewable energy and materials. Stressors from land use changes and management are thus expected to be the dominant driver of ecosystem damage in low-fossil carbon scenarios. Stressors from pollution and climate change can additionally challenge the adaptation of ecosystems. The effects on ecosystem services associated with multiple stressors remain largely unexplored, especially when it comes to the response at an ecosystem level where multiple stressors can interact in complex ways. Terrestrial ecosystem stress is already manifesting in several parts of Norway and the Tibetan plateau. MITISTRESS plans to map land uses and ecosystem stress levels in Norway and the Tibetan Plateau to quantify the cumulative effects on ecosystem services. The ultimate ambition is to better understand ecosystem-stressor interactions to guide the design of future sustainable land management strategies. The major stressors covered in the project are land uses, driven by multiple societal demands, climate and pollution. MITISTRESS will: - Provide historical maps of land uses, drivers, and key attributes of ecosystem status - Carry out fieldwork to test and calibrate model algorithms and parameterizations - Develop novel approaches to assess environmental impacts and cumulative effects of multiple stressors on terrestrial ecosystems - Quantify the ecosystem response to multiple stressors and perform scenario analysis under different societal development pathways MITISTRESS will generate new robust scientific knowledge in this field, thereby assisting the design of future land management policies in Norway and China