Climate change and distribution of useful native plant species in Brazil

Abstract

Compreender antecipadamente os impactos das mudanças climáticas globais na distribuição das espécies pode ter várias implicações para a conservação. Assim, investigações sobre espécies nativas de interesse agroflorestal no Brasil são extremamente necessárias para compreender com precisão esses impactos e, consequentemente, informar os tomadores de decisão. Foram aplicadas abordagens tais como a modelagem de nicho ecológico, métricas de similaridade de nicho e análises macroecológicas para (1) avaliar o impacto das mudanças climáticas globais na distribuição de Plinia edulis e a eficácia das unidades de conservação (UCs) brasileiras para a conservação desta espécie, (2) quantificar as mudanças potenciais na área bioclimática de habitat (ABH) de 135 espécies nativas de interesse agroflorestal da flora brasileira usando diferentes cenários de mudanças climáticas, (3) avaliar o estado de conservação preliminar dessas espécies usando os critérios da Lista Vermelha de Espécies Ameaçadas da IUCN, (4) identificar espécies com exigências climáticas semelhantes, que podem ser agrupadas para cultivo misto sob diferentes condições climáticas, e (5) mapear áreas atuais e futuras de alto valor de conservação. Foi observado que P. edulis cresce e reproduz potencialmente nas regiões sul, sudeste e nordeste do Brasil, especialmente dentro da Mata Atlântica brasileira. No entanto, os modelos futuros projetados predizem uma redução significativa (36-46%) na adequação ambiental dessa espécie em todos os cenários avaliados. Além disso, as áreas de P. edulis não estão adequadamente protegidas pelas UCs. Quantificando as mudanças sobre a distribuição de espécies nativas de interesse agroflorestal priorizadas pela iniciativa do Ministério do Meio Ambiente ? Plantas para o Futuro (Região Sul), foi observado um declínio médio entre 38,5-56,3% nas ABHs no cenário de não dispersão e entre 22,3-41,9% no cenário de dispersão total. Além disso, foi observado que apenas 4,3% das espécies estudadas poderiam ser qualificadas como ameaçadas sob os critérios B1 e B2 da Lista Vermelha da IUCN. No entanto, ao considerar a perda quantitativa de habitat prevista devido às mudanças climáticas (critério A3c), as porcentagens aumentaram entre 68,8-84,4% no cenário de não dispersão e entre 40,7-64,4% no cenário de dispersão total. Foram identificados diversos grupos de espécies com alta similaridade climática que podem ser bem combinadas em sistemas de cultivos mistos nas condições climáticas atuais e futuros. Ademais, foi observado que as mudanças climáticas podem modificar a associação espacial desses grupos de espécies sob diferentes cenários climáticos futuros, causando uma mudança média negativa na similaridade climática entre 9.5?13.7% no cenário SSP2-4.5 e entre 9.5?10.5% no cenário SSP5-8.5 para 2041?2060 e 2061?2080, respectivamente. Finalmente, foi verificado que as áreas de alto valor de conservação sob condições climáticas atuais e futuras variaram para diferentes usos de plantas. Os resultados fornecem um arcabouço para uma estratégia de conservação através do uso sustentável. Assim, tomadores de decisão, organizações conservacionistas e agricultores devem agir de forma a evitar perdas futuras, usando as informações fornecidas nesta tese para promover diferentes intervenções, uma vez que essas espécies em particular podem ser conservadas em áreas urbanas e periurbanas.

Abstract: Understanding the impacts of global climate change on the distribution of species in advance might have several implications for conservation. Thus, investigations on potential native agroforestry plant species in Brazil are critically needed to accurately predict these impacts, and consequently inform decision-makers. Here, I applied ecological niche modelling, niche similarity metrics and macro-ecological analyses to (1) assess the impact of global climate change on the distribution of Plinia edulis, and the efficacy of Brazilian Protected Areas (PAs) for conservation of this species, (2) quantify potential changes in bioclimatic area of habitat of 135 native potential agroforestry species from the Brazilian flora using different climate change scenarios, (3) assess the preliminary conservation status of these species using the IUCN Red List of Threatened Species criteria, (4) identify species with similar climatic requirements, that can be grouped for mixed cropping under different climate conditions, and (5) map current and future areas of high conservation value. I found that P. edulis may currently grow and reproduce in the southern, southeastern and northeastern regions of Brazil specially within the Brazilian Atlantic Rainforest. However, projected future models predict a significant reduction (36-46%) in the environmental suitability across all scenarios evaluated. Additionally, P. edulis ranges are not adequately safeguarded by Pas. Furthermore, quantifying potential changes in species' bioclimatic area of habitat (BAH) of native potential agroforestry species prioritized by the Brazilian Ministry of the Environment initiative ? Plants for the Future (Southern Region), I noticed that future climate is predicted to trigger a mean decline in BAH between 38.5-56.3% under the non-dispersal scenario and between 22.3-41.9% under the full dispersal scenario. In addition, we found that only 4.3% of the studied species could be threatened under the IUCN Red List criteria B1 and B2. However, when considering the predicted quantitative habitat loss due to climate change (A3c criterion) the percentages increased between 68.8-84.4% under the non-dispersal scenario and between 40.7-64.4% under the full dispersal scenario. I identified multiple groups of species with high climatic similarity that can be combined well in mixed cropping systems under current and future climatic conditions. Then, I observed that climate change is predicted to modify the spatial association of these groups under different future climate scenarios, causing a mean negative change in climatic similarity between 9.5?13.7% under the SSP2-4.5 scenario and between 9.5?10.5% under the SSP5-8.5 scenario for 2041?2060 and 2061?2080, respectively. Finally, I showed that areas of high conservation value for conservation under current and future climate conditions shifted for different plant uses and scenarios. The findings provide a framework for a conservation strategy through sustainable use. Thus, policymakers, conservation organizations, and farmers should act in such a manner to avoid future losses, using information provided in this thesis to promote different interventions once these particular species can potentially be conserved even in urban and peri-urban areas.