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Habitat-specific impacts of climate change on the distribution and conservation status of tree communities in the Atlantic Forest

Goal: Our research consists in applying ecological niche modelling techniques to quantify the effects of climate change on core (rain forest) and marginal habitats of the Atlantic Forest, and detail its relative impacts in areas currently covered by a network of protected areas in South America.

Methods: Ecological Niche Modeling

Date: 30 March 2016 - 31 March 2018

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Luíz Fernando Esser
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Aim: Elucidate the potential impacts of climate changes on the distribution and conservation of the multiple habitats of the Mata Atlântica biodiversity hotspot, which are often treated as a unique entity in ecological studies. Location: The whole extension of the South American Atlantic Forest Domain plus forest intrusions into the neighbouring Cerrado and Pampa Domains, which comprises rain forest ('core' habitat) and five environmentally marginal habitats, namely high elevation/latitude forest, rock outcrop habitats, riverine forest, semideciduous forest and restinga woodlands. Time period: Current (2000) and future scenarios (2050 and 2070). Major taxa studied: Tree species. Methods: We modelled the responses of 282 diagnostic tree species, using multiple algorithms and distinct scenarios of climate change (828,234 projections). Results: Potential loss of suitable environment summed 50.4% in semideciduous forest , 58.6% in riverine forest and 66% in rock outcrop habitats. Predictions for rain forest (12.2%), restinga woodlands (7.6%) and high elevation/latitude forest (5.2%) showed that overall loss of suitable environment will be relatively less severe for these habitats. Habitats that are confined to narrow edaphic conditions, namely rock outcrop habitats and riverine forest, are less studied and will likely suffer the greatest loss of biodiversity because their species are more dispersal limited. Main conclusions: Because these habitats occupy distinct environmental conditions, lumping them in ecological analyses might lead to erroneous interpretations in studies aiming to evaluate the impacts of global change in the Mata Atlântica biodiversity hotspot. This reinforces the importance of our approach and urges for conservation strategies that account for habitat heterogeneity in the Mata Atlântica and other species-rich environments.
Luíz Fernando Esser
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Presentation from the Climate Change Biogeography session of the Humboldt 250 Meeting in Quito, Ecuador. Here I present results from our research in climate changes impacts on habitats from Brazilian Atlantic rainforest, with a focus on azonal habitats.
Luíz Fernando Esser
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PDF of the presentation at the IBS 2018 Climate Change Simposium in Évora, Portugal. Article to be submited soon to Ecography summarizing the results of my Master's Degree.
Luíz Fernando Esser
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We are very pleased to annouce that our abstract was accepted for a Talk/Oral presentation (15-min) in the IBS Climate Change Biogeography Meeting to be held in Évora, Portugal, between 20th and 24th March 2018.
We will be presenting our main results, talking about the uneven impacts of climate changes across the Atlantic Rainforest.
 
Luíz Fernando Esser
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This presentation was made to unite my research theme of climate changes impacts in Atlantic Rainforest to sustainable development through the discussion of Ecosystem Services and Conservation Unities connectivity. This way, I discuss a more applied result of my dissertation and show the first results.
Luíz Fernando Esser
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In August, 23th, the first results of our research were presented as a poster in the 68th National Botany Congress from Brazil in the city of Rio de Janeiro. You can see the poster in my profile.
More results will be presented in a oral presentation in the 8th Brazil-Germany Symposium for Sustainable Development to be held in Porto Alegre, Brazil.
 
Luíz Fernando Esser
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Hotspots de biodiversidade, como a Mata Atlântica, merecem particular atenção em estudos sobre mudanças climáticas devido ao alto nível de incerteza encontrado em estudos recentes. Por isso, quando aplicados a essas regiões, é importante que se façam estudos compreendendo múltiplas espécies e escalas macroecológicas. O objetivo deste trabalho foi estimar o potencial impacto das mudanças globais na distribuição do espaço climático adequado a comunidades arbóreas da Mata Atlântica stricto sensu. Foram modeladas 50 espécies indicadoras da Mata Atlântica stricto sensu através de 11 algoritmos diferentes e de três variáveis rigorosamente selecionadas (temperatura média do trimestre mais úmido, precipitação média anual, precipitação do trimestre mais quente). A modelagem foi feita para o presente e para dois tempos futuros (2050 e 2070), através de quatro vias de concentração de carbono (RCP 2.6, 4.5, 6.0 e 8.5) e 11 modelos de circulação geral da atmosfera. Os resultado encontrados para os diversos cenários evidenciou que a Serra do Mar será um refúgio para espécies da Mata Atlântica stricto sensu. Uma boa notícia, já que nela encontramos diversas unidades de conservação e poucas áreas favoráveis à agricultura, devido ao terreno sinuoso. Contudo, a perda de espaço climático adequado nos cenários futuros é alarmante. Mesmo no cenário mais brando foi registrada perda média de 37,3% da área potencial para o ano de 2050 e 35,1% em 2070 (uma leve recuperação pouco significativa no último). Esses valores correspondendo a um pouco mais de um milhão de quilômetros quadrados. Nos cenários intermediários, as mudanças em números brutos são pouco significativas. No entanto, percebe-se que nas zonas periféricas, a Mata Atlântica estaria mais suscetível às mudanças climáticas no cenário RCP 6.0. No cenário mais agressivo e pessimista, a Mata Atlântica stricto sensu perderia pelo menos 50% da área potencial atual. Ocotea bicolor Vattimo-Gil foi a espécie que mais perdeu área média (53,2%), enquanto Myrcia palustris DC. foi a que menos perdeu área média (42,4%). A manutenção, manejo e ampliação de Unidades de Conservação localizadas nos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, aumentando a conexão das mesmas com a região Sudeste, serão essenciais na conservação da biodiversidade e dos serviços ecossistêmicos a ela associados, pois permitirão o fluxo gênico e a migração das espécies entre os diversos cenários modelados. (CAPES, NSF-EUA)
Luíz Fernando Esser
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We are already thankfull to CESUP - Centro Nacional de Supercomputação (Supercomputing National Centre) from Federal University of Rio Grande do Sul. We are going to use their supercomputer for time optimization. The best part: is a public resource open to every scientist in Brazil.
Take a look at their page (in Portuguese): http://www.cesup.ufrgs.br
 
Luíz Fernando Esser
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Based on Hartes idea that only a few variables are sufficient to describe a hole habitat and Scaranos classification of marginal ecosystems from Atlantic Rainforest, we selected three variables to model the distribution from Atlantic Rainforest stricto sensu and its marginal habitats. The selection was done based on the literature as well as in statistical analyses (Pearson correlation < 0.55, VIF < 10 and PCA axes).
 
Luíz Fernando Esser
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A modelagem de nicho ecológico (ENM) vem sendo amplamente utilizada, a fim de entender os efeitos do aquecimento global sobre a dinâmica dos organismos e dos ecossistemas. A floresta estacional, que se caracteriza pelo condicionamento a um período de repouso induzido por uma estação desfavorável, embora, na América do Sul, seja uma fitofisionomia da mata atlântica, é pouco estudada e negligenciada. O trabalho buscou avaliar se as Unidades de Conservação (UCs) localizadas na Floresta Estacional Subtropical (FES), na América do Sul, serão efetivas em um cenário de mudança climática global. Para isso, foi utilizada a ENM para dois cenários futuros de mudança global, um pessimista e outro otimista. A ENM apresentou resultados muito confiáveis (AUC=0,945; R2=0,818), permitindo- nos fazer inferências robustas. A precipitação do mês mais seco foi a variável que mais contribuiu para o modelo (59,6%), seguida do tipo de solo (25,8%) e da sazonalidade da temperatura (7,4%). Segundo o modelo calculado, a FES perderá espaço no futuro, persistindo em poucas regiões aonde já é bem preservada, devido ao relevo impróprio para a agricultura, fora de unidades de conservação. Se não mudarmos nossas atitudes frente ao aquecimento global, a FES desaparecerá por completo em sua majoritária zona de ocorrência.
O planejamento para implementação de novas Unidades de Conservação (UCs) não tem levado em conta os efeitos do aquecimento global. Este, vem sendo apontado, através do uso de modelagem de nicho ecológico (ENM), como um futuro causador de emigração das espécies para fora das UCs atualmente existentes. A floresta estacional, que se caracteriza pelo condicionamento a um período de repouso induzido por uma estação desfavorável, embora, na América do Sul, seja uma fitofisionomia da Mata Atlântica, tem sido pouco abordada sob este aspecto. O trabalho objetivou avaliar se as UCs localizadas na Floresta Estacional Subtropical (FES), na América do Sul, serão efetivas em um cenário de mudança climática global. Para isso, foi utilizada a ENM para dois cenários, um pessimista e outro otimista. Foram somadas as probabilidades de ocorrência da FES nas UCs. Os resultados foram padronizados de acordo com a soma das probabilidades de todo o mapa para obter as porcentagens. A ENM apresentou resultados muito confiáveis (AUC=0,945; R2=0,818), permitindo-nos fazer inferências robustas. Ambos cenários futuros apresentaram perda de cobertura vegetal, sendo no cenário otimista maior que no cenário pessimista (49,1% e 45,36%, respectivamente, da cobertura original perdida). Essa perda, refletiu-se na diminuição da área absoluta preservada. Atualmente, apenas 3,01% da cobertura total da FES se encontra preservada. Nos cenários futuros, essa porcentagem cai para 1,56% (otimista) e 1,51% (pessimista) da cobertura original. No entanto, a área relativa preservada foi maior no cenário otimista (3,06%) quando comparada aos cenários atual e futuro (3,01% e 2,77%, respectivamente). Isso ocorre, pois a distribuição desta formação será mais parecida com a atual no cenário otimista.
A remarkable agreement was approved on the 21st Conference of the Parties of the United Nations Framework Convention on Climate Change (COP 21). With 195 signatories, the Paris Agreement, as it was called, will try to reduce climate changes at its minimum. That is, it limits to 2oC the raise of the mean temperature of the globe in relation to the pre-industrial Era. But, will 2oC be sufficient to save our planet from ourselves? In South America, the seasonal forest is one of the major Atlantic Forest formations. Characterized by a resting period induced by adverse conditions, this formation is also extremely endangered due to the advance of the agricultural systems. Because of its particular climatic characteristics, its reaction to climate change remains a mystery. We evaluated if the 2oC determined by the Paris Agreement will be effective in Atlantic seasonal forest preservation, clarifying the impacts of climate change in this formation distribution. To do so, we used the MaxEnt algorithm to model its distribution to the present and future (RCP2.6) scenarios, using location points of 104 tree ecology studies. Results of the model were analyzed in QGIS. The model presented reliable results (AUC=0.945; R2=0.818), allowing us to make robust conclusions. Precipitation of driest month (59.6%), followed by soil (25.8%) and temperature seasonality (7.4%) were the variables that most contributed to the model. According to it, seasonal forest at 2050 will lose 49.1% of its present cover, remaining in few regions where it is currently preserved, mainly due to improper relief for agriculture. This loss reflected in preserved area. Currently, only 3.01% of the total distribution of the seasonal forest is within protected areas, preservation areas or indigenous reserves. In the future scenario, this percentage drops to 1.56% of the present cover. Paris Agreement would secure the best way to a better future for us, once it aims the less aggressive path. But this is not enough. Climate change will reduce the preservation area of seasonal forest, so a long-term approach is needed in conservation planning.
Luíz Fernando Esser
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Our research consists in applying ecological niche modelling techniques to quantify the effects of climate change on core (rain forest) and marginal habitats of the Atlantic Forest, and detail its relative impacts in areas currently covered by a network of protected areas in South America.