Flood‐stimulated herbivory drives range retraction of a plant ecosystem. (20th July 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Rocca, Camila; Daleo, Pedro; Nuñez, Jesús; Silliman, Brian R.; Iribarne, Oscar; Angelini, Christine; Alberti, Juan
• Is Part Of: Journal of ecology. Volume 109:Number 10(2021)
• Page Start: 3541
• Page End: 3554
• Publication Date: 2021-07-20
• Subjects: climate change -- climate–plant–herbivore interaction -- ecosystem functioning -- extreme climate events -- global change ecology -- herbivore pressure -- Neohelice granulata -- salt marsh; Plant ecology -- Periodicals; 577.05
• DOI: 10.1111/1365-2745.13735
• Languages: English
• ISSNs: 0022-0477

Abstract

Abstract: Climate change is generating extreme climate events, affecting ecosystem integrity and function directly through increases in abiotic stress and disturbance and indirectly through changes in the strength of biotic interactions. As consumers play an essential role in ecosystem functioning and have been shown to be highly sensitive to climate conditions, improved understanding of their role under changing environmental conditions is necessary to accurately anticipate climate change impacts on ecosystem integrity. We evaluated if prolonged periods of extreme rain, a climatic event increasing in severity in many places around the world, and coincident increases in coastal flooding duration intensify consumer control of foundational salt marsh grass structure and quantify the consequences of flooding–consumer interactions on salt marsh range extent. To achieve this, we analysed: historic trends in crab grazing; crab numbers and activity in and out of rainy years on the low marsh edge; vegetation retreat from the low marsh edge at a plot scale in a manipulative exclosure experiment; vegetation retreat at a landscape‐scale from drone image analyses; and the vertical erosion in the lowest edge of an Argentinean salt marsh. During flooded periods, crabs congregated in the low marsh, resulting in localized overgrazing of salt marsh grass and the rapid horizontal retreat of the marsh edge (98.5 cm on average). Salt marsh edge retreat resulted in a loss of ~4.5% of the total marsh area at the landscape scale. Inside crab exclusion plots, although grass cover declined slightly during the study period, the marsh edge did not retreat. Synthesis . This study provides experimental evidence that an extreme climate event can destabilize a local consumer–prey interaction, indirectly triggering the range contraction of a critical coastal habitat. This work contributes to a growing body of research demonstrating that consumers can be unleashed, rather than suppressed, by extreme climatic events. Moreover, in cases where consumer fronts form during such events, the result can be not only local (along habitat edges) but also landscape‐scale extinction of foundation species and the habitats they biogenically create. Together, this supports the general idea that models of future climate scenarios integrate the indirect effects on ecosystem‐regulating food web interactions. Abstract : Extremely atypical rainfall promotes longer flooding periods in salt marshes. This concentrates crab feeding activity in the low salt marsh edge, and propagates upwards, leading to die‐off vegetation zones and the retreat of the lower edge of salt marsh vegetation. Vegetation loss potentially accelerates shoreline vertical erosion, ultimately affecting the delivery of ecosystem services (i.e. shoreline protection and C accumulation). Resumen: El cambio climático está generando fenómenos climáticos extremos que afectan a la integridad y el funcionamiento de los ecosistemas directamente a través del aumento del estrés abiótico y los disturbios, e indirectamente a través de los cambios en la fuerza de las interacciones bióticas. Dado que los consumidores desempeñan un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, y se ha demostrado que son muy sensibles a las condiciones climáticas, es necesario mejorar la comprensión de su papel en condiciones ambientales cambiantes para anticipar con precisión los impactos del cambio climático en la integridad de los ecosistemas. Aquí evaluamos si inundaciones más prolongadas provocadas por precipitaciones extremas, un fenómeno que se está dando en muchos lugares del mundo, intensifican el control de los consumidores sobre las plantas fundacionales de marismas afectando al funcionamiento de estos sistemas. Para ello, analizamos: (i) las tendencias históricas de precipitaciones y herbivoría de cangrejos; (ii) el número y la actividad de los cangrejos antes y durante años lluviosos en el borde de la marisma baja; (iii) el retroceso de la vegetación en el límite inferior de la marisma baja a escala de parcela en un experimento de exclusión de cangrejos; (iv) el retroceso de la vegetación a escala de paisaje a partir del análisis de imágenes tomadas con drones; y (v) la erosión vertical en el límite inferior de una marisma argentina. Durante los periodos de inundación asociados a precipitaciones extremas, los cangrejos se congregaron en la marisma baja, lo que provocó un sobreconsumo de la vegetación y una rápida retracción de su límite inferior de distribución (98, 5 cm en promedio). Este retroceso resultó en una pérdida de ~4, 5% de la superficie total de la marisma a escala del paisaje. Dentro de las parcelas de exclusión de cangrejos, aunque la cobertura de plantas disminuyó ligeramente durante el periodo de estudio, el límite de distribución no se vio afectado. Síntesis . Este estudio proporciona pruebas experimentales de que un evento climático extremo puede desestabilizar una interacción consumidor‐presa, desencadenando indirectamente la retracción del rango de un hábitat costero crítico. Este trabajo contribuye a un creciente cuerpo de investigación que demuestra que los consumidores pueden ser liberados, en lugar de suprimidos, por eventos climáticos extremos. Además, en los casos en los que se forman frentes de consumo durante esos fenómenos, el resultado puede ser no sólo locales (a escala de parche), sino también a escala de paisaje. En conjunto, esto apoya la idea más general de que los modelos de escenarios climáticos futuros necesitan incorporar los efectos directos e indirectos de las interacciones tróficas que regulan los ecosistemas.