Complex and nonlinear climate-driven changes in freshwater insect communities over 42 years

• The ongoing biodiversity crisis becomes evident in the widely observed decline in abundance and diversity of species, profound changes in community structure, and shifts in species' phenology. Insects are among the most affected groups, with documented decreases in abundance up to 76% in the last 25–30 years in some terrestrial ecosystems. Identifying the underlying drivers is a major obstacle as most ecosystems are affected by multiple stressors simultaneously and in situ measurements of environmental variables are often missing. In our study, we investigated a headwater stream belonging to the most common stream type in Germany located in a nature reserve with no major anthropogenic impacts except climate change. We used the most comprehensive quantitative long‐term data set on aquatic insects available, which includes weekly measurements of species‐level insect abundance, daily water temperature and stream discharge as well as measurements of additional physicochemical variables for a 42‐year period (1969–2010). Overall, water temperature increased by 1.88°C and discharge patterns changed significantly. These changes were accompanied by an 81.6% decline in insect abundance, but an increase in richness (+8.5%), Shannon diversity (+22.7%), evenness (+22.4%), and interannual turnover (+34%). Moreover, the community's trophic structure and phenology changed: the duration of emergence increased by 15.2 days, whereas the peak of emergence moved 13.4 days earlier. Additionally, we observed short‐term fluctuations (<5 years) in almost all metrics as well as complex and nonlinear responses of the community toward climate change that would have been missed by simply using snapshot data or shorter time series. Our results indicate that climate change has already altered biotic communities severely even in protected areas, where no other interacting stressors (pollution, habitat fragmentation, etc.) are present. This is a striking example of the scientific value of comprehensive long‐term data in capturing the complex responses of communities toward climate change.

• Cambios Complejos y No Lineales Causados por el Clima en Comunidades de Insectos de Agua Dulce durante 42 AñosLa continua crisis de la biodiversidad se vuelve evidente en la ampliamente documentada decli-nación en la abundancia y diversidad de especies, cambios profundos en la estructura de las comunidades ymodificaciones en la fenología de las especies. Los insectos se encuentran entre los grupos más afectados; se han documentado reducciones en la abundancia de hasta el 76% en los últimos 25–30 años en algunos ecosistemas ter-restres. La identificación de los causantes subyacentes es un gran obstáculo porque la mayoría de los ecosistemasestán afectados por varios factores estresantes simultáneamente y con frecuencia faltan las medidas in situ delas variables ambientales. Investigamos un flujo naciente perteneciente al tipo de arroyo más común en Alemaniaubicado dentro de una reserva natural sin impactos antropogénicos importantes a excepción del cambio climático.Usamos el conjunto más completo disponible de datos cuantitativos de largo plazo para insectos acuáticos queincluye las medidas semanales de abundancia de insectos a nivel especie, las medidas diarias de la temperaturadel agua y la descarga del flujo y las medidas de variables físico-químicas adicionales durante 42 años (1969 -2010). En general, la temperatura del agua incrementó 1.88°C y los patrones de descarga cambiaron significati-vamente. Estos cambios estuvieron acompañados por una declinación del 81.6% en la abundancia de insectos,pero también de un incremento en la riqueza (+8.5%), la diversidad Shannon (+22.7%), la uniformidad (+22.4%)y la renovación interanual (+34%). Además, la estructura trófica y la fenología de la comunidad cambiaron: laduración del surgimiento incrementó en 15.2 días y el pico del surgimiento ocurrió con 13.4 días de anticipación.Observamos fluctuaciones a corto plazo (<5 años) en casi todas las medidas, así como respuestas complejas yno lineales de la comunidad hacia el cambio climático que podrían haber sido ignoradas si sólo se usaran datosinstantáneos o series de tiempo más cortas. Nuestros resultados indican que el cambio climático ya ha alteradoseriamente a las comunidades bióticas, incluso en áreas protegidas en las que no están presentes otros factoresestresantes en interacción (contaminación, fragmentación del hábitat, etc.). Ésto es un ejemplo notable del valorcientífico que tienen los datos completos de escalas de tiempo a largo plazo para la captura de las respuestascomplejas de las comunidades ante el cambio climático.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Biologi -- Ekologi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Biological Sciences -- Ecology (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Klimatforskning (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Climate Research (hsv//eng)

Nyckelord

caddisflies

climate warming

discharge alteration

long-term observations

mayflies

rapid abundance decline

stoneflies

气候变暖

流量变化

丰度迅速下降

长期观测

蜉蝣

石蝇

石蛾

alteración por descarga

calentamiento climático

declinación rápida de abundancia

Ephemeroptera

observaciones a largo plazo

Plecoptera

Trichoptera

Publikations- och innehållstyp

ref (ämneskategori)

art (ämneskategori)