Roboczy tytuł pacy doktorskiej: Wpływ zmian klimatycznych na zasięgi gatunków roślin i skład gatunkowy górskich zbiorowisk roślinnych

Transkrypt

1 Roboczy tytuł pacy doktorskiej: Wpływ zmian klimatycznych na zasięgi gatunków roślin i skład gatunkowy górskich zbiorowisk roślinnych Opiekun pracy: dr hab. Bogdan Jaroszewicz, Białowieska Stacja Geobotaniczna, Instytut Botaniki, Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego Planowane rozpoczęcie realizacji projektu doktoranckiego: 1 marca 2014 Streszczenie projektu, w ramach którego planowane są badania do pracy doktorskiej: Projekt KlimaVeg: Wpływ zmian klimatycznych na zasięgi geograficzne roślin i skład gatunkowy zbiorowisk roślinnych w regionach o umiarkowanym, borealnym i górskim typie klimatu (The impact of climate change on species ranges and composition of plant communities in temperate, boreal and alpine regions). Zasięgi geograficzne wielu gatunków przesunęły się w kierunku wyższych szerokości geograficznych lub większych wysokości w górach jako odpowiedź na postępujący wzrost temperatur powietrza i zmiany charakterystyk (ilości, intensywności, rodzaju i rozmieszczenia w czasie) opadów. Przypuszcza się, że reakcja gatunku na zmiany klimatyczne, wyrażona w zmianach zasięgu występowania, zależy od biologii gatunku (zdolność do rozprzestrzeniania, obecność gatunków symbiotycznych, itp.) oraz czynników antropogenicznych (zmiany sposobu użytkowania terenu, fragmentacja siedlisk, przerwanie korytarzy ekologicznych). Dlatego, mimo wielu badań prowadzonych w ostatnich latach, nadal trudno jest postawić szczegółową prognozę zmian szaty roślinnej. Skuteczna ochrona różnorodności biologicznej wymaga lepszego poznania interakcji pomiędzy klimatem a rozmieszczeniem gatunków. W tym celu potrzebne są szczegółowe dane o tym, jak gatunki i zbiorowiska roślinne reagują na obecne, stosunkowo gwałtownie zachodzące, zmiany klimatyczne. Zarówno Polska jak i Norwegia mają duże tradycje badań fitosocjologicznych oraz dysponują unikalnymi zespołami leśnych długoterminowych poletek doświadczalnych. W KlimaVeg dokonamy powtórzenia badań fitosocjologicznych na powierzchniach sprzed kilkudziesięciu lat założonych w górskich i leśnych ekosystemach w celu określenia zmian, które zaszły w tym czasie w zasięgach geograficznych gatunków i składach gatunkowych zbiorowisk. Dane dla regionów alpejskich i arktycznych będą pochodzić z wysp Jan Mayen i Svalbard oraz szczytów gór kontynentalnej Norwegii oraz z polskiej i słowackiej części Tatr. Badania w ekosystemach leśnych zostały zaplanowane na powierzchniach rozmieszczonych w gradiencie klimatycznym przebiegającym z północy na południe Norwegii oraz w Puszczy Białowieskiej. Wyniki projektu zostaną opublikowane w czasopismach naukowych oraz

2 przekazane bezpośrednio administracji polskich i norweskich parków narodowych oraz decydentom politycznym obu krajów. Finansowanie studiów doktoranckich: W ramach projektu KlimaVeg przewidziano finansowanie studiów doktoranckich na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego dla jednej osoby, obejmujące: 1) stypendium (wynagrodzenie) na okres 36 miesięcy (od 1 marca 2014 roku do 28 lutego 2017 roku); 2) pokrycie kosztów podróży i badań w Polsce; 3) zakup podstawowego wyposażenia niezbędnego do prowadzenia prac badawczych; 4) pokrycie kosztów kilkumiesięcznego pobytu w Norwegii (praca naukowo-badawcza i rozszerzenie studiów doktoranckich na Uniwersytecie w Bergen). Projekt jest finansowany w wysokości tys. złotych w ramach Norweskiego Mechanizmu Finansowego oraz ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju przeznaczonych na wsparcie Programu Polsko-Norweska Współpraca Badawcza. Streszczenie projektu doktoranckiego: Wstęp Ocieplenie klimatu jest obserwowane na całym świecie. Przewiduje się, że w najbliższych dekadach temperatury powietrza będą nadal rosnąć (IPCC 2013). Także charakterystyki opadów atmosferycznych (ich ilość, intensywność, charakter i rozmieszczenie w czasie) będą się zmieniać. Zarówno temperatura jak i opady są czynnikami kształtującym zasięgi roślin i skład gatunkowy zbiorowisk roślinnych. Modele bioklimatyczne przewidują istotne zmiany zasięgów geograficznych gatunków w odpowiedzi na przyszłe zmiany klimatu (Engler et al. 2011). Modele te przewidują również, że gwałtowne zmiany klimatu znacznie zwiększą szybkość wymierania gatunków, która i tak jest już współcześnie wyższa niż w czasach prehistorycznych (Sala et al. 2000), a najprawdopodobniej grupa ekologiczna gatunków górskich jest jedną z najbardziej zagrożonych (Engler et al. 2011). Jeśli prognozy IPCC (2013) okażą się trafne, to warunki klimatyczne niektórych regionów Norwegii w ciągu kilkudziesięciu lat staną się zbliżone do współczesnych warunków klimatycznych Polski niżowej. Nie posiadamy niestety wiedzy o tym, które gatunki i czy w ogóle będą w stanie nadążyć za tak szybko następującymi zmianami środowiska. Dotychczasowe przewidywania tempa wymierania gatunków, oparte o modele bioklimatyczne, są obciążone dużym błędem (Araujo & Peterson 2012) powodowanym trudnością oszacowania znaczenia m.in. ograniczeń szybkości migracji, interakcji międzygatunkowych, zmian w sposobie zagospodarowania i użytkowania terenu oraz fenologicznych zależności roślin od długości dnia (Sparks et al. 2009). Potrzebujemy lepszego zrozumienia czynników kształtujących

3 zasięgi geograficzne gatunków i skład gatunkowy budowanych przez nie zbiorowisk, aby z większą wiarygodnością prognozować wpływ zmian klimatycznych na różnorodność biologiczną i ekosystemy oraz aby móc podjąć działania łagodzące ich skutki. Granice zasięgów niektórych gatunków już współcześnie uległy przesunięciu w kierunku bieguna północnego lub w górę (e.g. Klanderud & Birks 2003; Lenoir et al. 2008; Pauli et al. 2012; Felde et al. 2012). Dotychczasowe badania jednoznacznie wykazały, że tempo tych zmian różni się w zależności od regionu (Virtanen et al. 2010; Bertrand et al. 2011; Pauli et al. 2012). Są też miejsca, gdzie zaobserwowano trend odwrotny do oczekiwanego np. obniżenie górnej granicy występowania gatunków w górach (Crimmins et al. 2011). Różnice w szybkości zmian granic zasięgów gatunków mogą wynikać z regionalnych różnic klimatycznych oraz interakcji zachodzących między klimatem, a czynnikami nieklimatycznymi, np. fragmentacją ekosystemów czy zmianą intensywności wypasu. Grupy taksonomiczne gatunków różnią się między sobą szybkością migracji, a więc zdolnością do podążania za zmieniającymi się warunkami klimatycznymi (e.g. Chen et al. 2011), co może wynikać z różnic w zdolnościach do rozprzestrzeniania się, ale też z zależności od innych organizmów (np. symbioza, mutualizm, itp.). Użycie gradientu geograficznego południe-północ w silnie różniących się między sobą regionach umożliwi wiarygodną ocenę istotności różnych czynników kształtujących zasięgi geograficzne gatunków, pozwalając na analizę ich indywidualnego znaczenia. Głównym celem prezentowanego projektu doktoranckiego jest poznanie mechanizmów wpływu zmian klimatycznych na granice występowania górskich gatunków roślin i składu gatunkowego budowanych przez nie zbiorowisk. Porównanie przeprowadzone między regionami i między siedliskami pozwoli na wydzielenie wpływu czynników klimatycznych od innych czynników, np. zmian sposobu użytkowania terenu. Porównanie takie pozwoli również na zbadanie interakcji zachodzących między tymi dwiema kategoriami czynników (klimatycznych i nieklimatycznych) i przygotowanie modelu przyszłego rozmieszczenia gatunków górskich. Cel projektu zostanie osiągnięty dzięki badaniom: 1. zmian zasięgów górskich gatunków roślin w gradiencie wysokości w Norwegii I Polsce; 2. zmian wielkości zasięgów geograficznych lub zmian składów gatunkowych zbiorowisk roślinnych w zależności od czynników specyficznych dla danego regionu, ze szczególnym uwzględnieniem zmian klimatycznych i zmian użytkowania gruntów. Metodyka: Projekt doktorancki będzie realizowany w oparciu o bogate zasoby historycznych danych o składzie gatunkowym zbiorowisk roślinnych i jego zależności od uwarunkowań środowiskowych w różnych regionach i na różnych siedliskach. W każdym regionie, z którego istnieją historyczne zbiory danych zostanie przeprowadzona ocena zmian granic

4 zasięgów geograficznych gatunków. Projekt opiera się o dwa rodzaje danych: takie, w których dokładna lokalizacja powierzchni badawczych jest znana i możliwa do odtworzenia (np. dane ze szczytów górskich) oraz takie, w których dokładne odtworzenie lokalizacji powierzchni nie jest możliwe (np. zdjęcia fitosocjologiczne rozmieszczone w gradiencie wysokościowym). Prace terenowe będą polegały na powtórzeniu badań na powierzchniach fitosocjologicznych i powtórzeniu inwentaryzacji florystycznej 17 szczytów górskich w Tatrach oraz około 50 szczytów w górach Norwegii. Tatrzańskie szczyty były po raz pierwszy eksplorowane pod tym względem przez Ernsta Sagorskiego i Gustava Schneidera (koniec XIX wieku), a góry norweskie przez J. M. Nordmana, około 1890 roku. Ta część projektu doktoranckiego zostanie powiązana z danymi ogólnoeuropejskiego konsorcjum naukowego, które dysponuje danymi dla około 200 europejskich szczytów (Alpy, Góry Skandynawskie, Pireneje, Grenlandia, Svalbard, Jan Mayen). Badania w Tatrach pozwolą na rozszerzenie gradientu geograficznego tego zbioru danych na południowy wschód. Analizy danych ze szczytów górskich będą dotyczyły głównie tempa wymiany gatunków oraz zmian górnych i dolnych granic ich występowania. Wszystkie dane będą opracowywane najpierw wewnątrz regionu, a następnie porównywane między regionami. Dane zebrane na dokładnie tych samych lokalizacjach będą bezpośrednio porównywane z ich historycznymi odpowiednikami i korelowane ze zmiennymi środowiskowymi dla danego regionu. Przy braku danych o parametrach środowiska, gradienty środowiskowe mogą być również wyrażone wskaźnikami wymagań ekologicznych roślin (tzw. liczb Ellenberga), które zostały opracowane dla sześciu głównych zmiennych środowiskowych: temperatury, wilgotności gleby, ph gleby, żyzności gleby, stopnia kontynentalizmu i światła (Ellenberg et al. 1991). Podobny charakter ma wskaźnik opracowany ostatnio dla Norwegii, a wyrażający tolerancję gatunków górskich w stosunku do okrywy śnieżnej (Odland & Munkejord 2008) i wskaźnik wybiórczości Jacobsa (Jacobs selectivity index, Jacobs 1974) charakteryzujący atrakcyjność pokarmową danego gatunku rośliny dla roślinożerców. Oszacowana zmiana wartości tych wskaźników zostanie zinterpretowana jako odpowiedź na zmiany powiązanych z tymi wskaźnikami czynników (np. temperatura, ilość opadów, zjadanie przez zwierzęta, właściwości gleby). Powierzchnie fitosocjologiczne zostaną użyte przede wszystkim do oszacowania stopnia zmian zasięgów geograficznych gatunków i składów gatunkowych zbiorowisk roślinnych w gradiencie wysokościowym regionów górskich. Analizy zmian zasięgów geograficznych i zmian w składach gatunkowych zbiorowisk roślinnych zostaną przeprowadzone zgodnie z metodyką opisaną przez Felde et al. (2012) i Bertrand et al. (2011). Jeśli ilość zebranych danych okaże się niewystarczająca do budowania modeli rozprzestrzenienia gatunków, analizy zostaną ograniczone do prostszych parametrów charakteryzujących zmiany zasięgu gatunków, np.

5 dolnych i górnych obserwowanych wartości zasięgów (lub 5 i 95 percentyl), średniej i mediany pomiędzy górną i dolną wartością obserwowaną, itp. (Feeley et al. 2012). W pierwszym lub drugim roku studiów doktorant spędzi jeden semestr pracując w Zespole Zmiany Ekologicznych i Środowiskowych (the Ecological and Environmental Change Research Group) Uniwersytetu w Bergen. W tym okresie doktorant będzie uczestniczył w zajęciach prowadzonych dla doktorantów przez ten Uniwersytet, co znacznie podwyższy doświadczenie i wiedzę doktoranta oraz pozwoli na poszerzenie kontaktów międzynarodowych. Wymagania w stosunku do kandydata na studia doktoranckie: 1. Wykształcenie wyższe (magister) biologiczne lub pokrewne (leśne, rolnicze, ochrona środowiska, itp.). 2. Dobra znajomość języka angielskiego w mowie i piśmie. 3. Znajomość roślin naczyniowych, w tym pożądana znajomość flory górskiej. 4. Kreatywność i zamiłowanie do pracy naukowo-badawczej. 5. Umiejętność pracy w zespole. 6. Sprawność fizyczna umożliwiająca pracę w trudnych górskich warunkach (w tym wspinaczka na szczyty w asyście doświadczonego alpinisty). Wymagane dokumenty w postępowaniu rekrutacyjnym: podanie skierowane do Komisji Rekrutacyjnej dyplom ukończenia jednolitych studiów magisterskich bądź studiów drugiego stopnia, życiorys, list motywacyjny z opisem zainteresowań naukowych 4 fotografie (3-3.5 x 4.5 mm i x 6.5 mm), udokumentowane wyniki w nauce z okresu studiów (z potwierdzoną średnią), informacja o znajomości języków obcych, informacja o aktywności naukowej, w szczególności o publikacjach, pracach w kołach naukowych, udziale w konferencjach naukowych, nagrodach, wyróżnieniach, stażach, opinia z miejsca pracy (dotyczy kandydatów, którzy ukończyli studia w latach ubiegłych) lub opinia opiekuna naukowego dotycząca pracy naukowej i dydaktycznej kandydata. Informacje dodatkowe:

6 1. Doktorant będzie uczestnikiem studiów doktoranckich na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. 2. Miejscem pracy doktoranta w okresie studiów doktoranckich będzie Białowieska Stacja Geobotaniczna Wydziału Biologii UW (BSG), ul. Sportowa 19, Białowieża. 3. BSG posiada w Białowieży własną bursę studencką w której doktorant może zamieszkać. Koszty mieszkania zostaną ustalone zgodnie z obowiązującymi zasadami. 4. Dodatkowe informacje można uzyskać od kierownika projektu KlimaVeg, dr hab. Bogdana Jaroszewicza (kom ; b.jaroszewicz@uw.edu.pl).