Published July 8, 2022 | Version v1
Publication Open

The effect of natural disturbances on forest biodiversity: an ecological synthesis

  • 1. University of Würzburg
  • 2. University of Nevada, Las Vegas
  • 3. Czech Academy of Sciences, Institute of Botany
  • 4. Charles University
  • 5. National Institute of Amazonian Research
  • 6. San Diego State University
  • 7. Bavarian Forest National Park
  • 8. Montana State University
  • 9. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal
  • 10. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 11. Universidad Nacional de Córdoba
  • 12. Point Blue Conservation Science
  • 13. National Tsing Hua University
  • 14. Abdelmalek Essaâdi University
  • 15. Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique (CNRST)
  • 16. Seoul National University
  • 17. University of Aveiro
  • 18. Colorado State University
  • 19. Oregon State University
  • 20. Universidad de La Frontera
  • 21. Pontificia Universidad Católica de Chile
  • 22. University of Georgia
  • 23. Northern Arizona University
  • 24. University of Tartu
  • 25. Severtsov Institute of Ecology and Evolution
  • 26. Southern Research Station
  • 27. Stockholm University
  • 28. Humboldt State University
  • 29. University of Eastern Finland
  • 30. Montana Department of Environmental Quality
  • 31. Louisiana Department of Natural Resources
  • 32. Clemson University
  • 33. University of the Aegean
  • 34. Universidad de Granada
  • 35. Australian National University
  • 36. Max Planck Institute for Biogeochemistry
  • 37. Universidad de Valladolid
  • 38. Universidad Nacional Autónoma de México
  • 39. Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research
  • 40. University of Girona
  • 41. University of Reading
  • 42. Institute of Ecology of Mountain Territories
  • 43. North Idaho College
  • 44. Idaho State Department of Agriculture
  • 45. College of Staten Island
  • 46. University of Michigan–Ann Arbor
  • 47. Universidade do Porto
  • 48. University of California, Berkeley
  • 49. University of Buenos Aires
  • 50. Institute of Entomology
  • 51. Biology Centre of the Czech Academy of Sciences
  • 52. Czech Academy of Sciences

Description

ABSTRACT Disturbances alter biodiversity via their specific characteristics, including severity and extent in the landscape, which act at different temporal and spatial scales. Biodiversity response to disturbance also depends on the community characteristics and habitat requirements of species. Untangling the mechanistic interplay of these factors has guided disturbance ecology for decades, generating mixed scientific evidence of biodiversity responses to disturbance. Understanding the impact of natural disturbances on biodiversity is increasingly important due to human‐induced changes in natural disturbance regimes. In many areas, major natural forest disturbances, such as wildfires, windstorms, and insect outbreaks, are becoming more frequent, intense, severe, and widespread due to climate change and land‐use change. Conversely, the suppression of natural disturbances threatens disturbance‐dependent biota. Using a meta‐analytic approach, we analysed a global data set (with most sampling concentrated in temperate and boreal secondary forests) of species assemblages of 26 taxonomic groups, including plants, animals, and fungi collected from forests affected by wildfires, windstorms, and insect outbreaks. The overall effect of natural disturbances on α‐diversity did not differ significantly from zero, but some taxonomic groups responded positively to disturbance, while others tended to respond negatively. Disturbance was beneficial for taxonomic groups preferring conditions associated with open canopies (e.g. hymenopterans and hoverflies), whereas ground‐dwelling groups and/or groups typically associated with shady conditions (e.g. epigeic lichens and mycorrhizal fungi) were more likely to be negatively impacted by disturbance. Across all taxonomic groups, the highest α‐diversity in disturbed forest patches occurred under moderate disturbance severity, i.e. with approximately 55% of trees killed by disturbance. We further extended our meta‐analysis by applying a unified diversity concept based on Hill numbers to estimate α‐diversity changes in different taxonomic groups across a gradient of disturbance severity measured at the stand scale and incorporating other disturbance features. We found that disturbance severity negatively affected diversity for Hill number q = 0 but not for q = 1 and q = 2, indicating that diversity–disturbance relationships are shaped by species relative abundances. Our synthesis of α‐diversity was extended by a synthesis of disturbance‐induced change in species assemblages, and revealed that disturbance changes the β‐diversity of multiple taxonomic groups, including some groups that were not affected at the α‐diversity level (birds and woody plants). Finally, we used mixed rarefaction/extrapolation to estimate biodiversity change as a function of the proportion of forests that were disturbed, i.e. the disturbance extent measured at the landscape scale. The comparison of intact and naturally disturbed forests revealed that both types of forests provide habitat for unique species assemblages, whereas species diversity in the mixture of disturbed and undisturbed forests peaked at intermediate values of disturbance extent in the simulated landscape. Hence, the relationship between α‐diversity and disturbance severity in disturbed forest stands was strikingly similar to the relationship between species richness and disturbance extent in a landscape consisting of both disturbed and undisturbed forest habitats. This result suggests that both moderate disturbance severity and moderate disturbance extent support the highest levels of biodiversity in contemporary forest landscapes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تؤدي الاضطرابات المجردة إلى تغيير التنوع البيولوجي من خلال خصائصها المحددة، بما في ذلك الشدة والمدى في المناظر الطبيعية، والتي تعمل على نطاقات زمنية ومكانية مختلفة. تعتمد استجابة التنوع البيولوجي للاضطرابات أيضًا على خصائص المجتمع ومتطلبات الموائل للأنواع. أدى تفكيك التفاعل الميكانيكي لهذه العوامل إلى توجيه بيئة الاضطراب لعقود، مما أدى إلى ظهور أدلة علمية مختلطة على استجابات التنوع البيولوجي للاضطراب. يتزايد فهم تأثير الاضطرابات الطبيعية على التنوع البيولوجي بسبب التغيرات التي يسببها الإنسان في أنظمة الاضطرابات الطبيعية. في العديد من المناطق، أصبحت الاضطرابات الطبيعية الرئيسية في الغابات، مثل حرائق الغابات والعواصف الريحية وتفشي الحشرات، أكثر تواترًا وشدة وشدة وانتشارًا بسبب تغير المناخ وتغير استخدام الأراضي. وعلى العكس من ذلك، فإن قمع الاضطرابات الطبيعية يهدد الكائنات الحية التيتعتمد على الاضطرابات. باستخدام نهج تحليلي تلوي، قمنا بتحليل مجموعة بيانات عالمية (مع تركز معظم العينات في الغابات الثانوية المعتدلة والشمالية) لتجمعات الأنواع المكونة من 26 مجموعة تصنيفية، بما في ذلك النباتات والحيوانات والفطريات التي تم جمعها من الغابات المتأثرة بحرائق الغابات والعواصف الريحية وتفشي الحشرات. لم يختلف التأثير العام للاضطرابات الطبيعية على تنوع ألفابشكل كبير عن الصفر، لكن بعض المجموعات التصنيفية استجابت بشكل إيجابي للاضطراب، بينما كان البعض الآخر يميل إلى الاستجابة بشكل سلبي. كان الاضطراب مفيدًا للمجموعات التصنيفية التي تفضل الظروف المرتبطة بالستائر المفتوحة (مثل غشاء البكارة والذباب)، في حين أن المجموعات التي تعيش في الأرض و/أو المجموعات المرتبطة عادةً بالظروف الظليلة (مثل الأشنات والفطريات الجذرية) كانت أكثر عرضة للتأثر سلبًا بالاضطراب. في جميع المجموعات التصنيفية، حدث أعلى تنوع ألفا في بقع الغابات المضطربة في ظل شدة اضطراب معتدلة، أي مع مقتل ما يقرب من 55 ٪ من الأشجار بسبب الاضطراب. كما وسعنا نطاق تحليلنا التلوي من خلال تطبيق مفهوم التنوع الموحد بناءً على أرقام التلال لتقدير تغيرات التنوع ألفا في المجموعات التصنيفية المختلفة عبر تدرج شدة الاضطراب المقاسة على مقياس الحامل ودمج ميزات الاضطراب الأخرى. وجدنا أن شدة الاضطراب أثرت سلبًا على التنوع لرقم التل q = 0 ولكن ليس ل q = 1 و q = 2، مما يشير إلى أن العلاقات بين التنوع والاضطراب تتشكل من خلال الوفرة النسبية للأنواع. تم توسيع تخليقنا للتنوع ألفا من خلال تخليق التغير الناجم عن الاضطراب في تجمعات الأنواع، وكشف أن الاضطراب يغير تنوع β للمجموعات التصنيفية المتعددة، بما في ذلك بعض المجموعات التي لم تتأثر على مستوى التنوع ألفا (الطيور والنباتات الخشبية). أخيرًا، استخدمنا التخلخل/الاستقراء المختلط لتقدير تغير التنوع البيولوجي كدالة على نسبة الغابات التي تعرضت للاضطراب، أي مدى الاضطراب الذي تم قياسه على مقياس المناظر الطبيعية. كشفت المقارنة بين الغابات السليمة والمضطربة بشكل طبيعي أن كلا النوعين من الغابات يوفران موطنًا لتجمعات الأنواع الفريدة، في حين بلغ تنوع الأنواع في مزيج الغابات المضطربة وغير المضطربة ذروته عند قيم وسيطة لمدى الاضطراب في المناظر الطبيعية المحاكاة. وبالتالي، فإن العلاقة بين التنوع ألفا وشدة الاضطراب في مواقف الغابات المضطربة كانت مشابهة بشكل لافت للنظر للعلاقة بين ثراء الأنواع ومدى الاضطراب في المناظر الطبيعية التي تتكون من موائل الغابات المضطربة وغير المضطربة. تشير هذه النتيجة إلى أن كل من شدة الاضطراب المعتدلة ومدى الاضطراب المعتدل يدعمان أعلى مستويات التنوع البيولوجي في المناظر الطبيعية المعاصرة للغابات.

Translated Description (French)

RÉSUMÉ Les perturbations altèrent la biodiversité par leurs caractéristiques spécifiques, notamment la gravité et l'étendue dans le paysage, qui agissent à différentes échelles temporelles et spatiales. La réponse de la biodiversité aux perturbations dépend également des caractéristiques de la communauté et des besoins en habitat des espèces. Démêler l'interaction mécaniste de ces facteurs a guidé l'écologie des perturbations pendant des décennies, générant des preuves scientifiques mitigées des réponses de la biodiversité aux perturbations. Comprendre l'impact des perturbations naturelles sur la biodiversité est de plus en plus important en raison des changements induits par l'homme dans les régimes de perturbation naturelle. Dans de nombreuses régions, les perturbations naturelles majeures des forêts, telles que les incendies de forêt, les tempêtes de vent et les épidémies d'insectes, deviennent plus fréquentes, plus intenses, plus graves et plus répandues en raison du changement climatique et du changement d'utilisation des terres. Inversement, la suppression des perturbations naturelles menace le biote dépendant des perturbations. À l'aide d'une approcheméta-analytique, nous avons analysé un ensemble de données mondiales (avec la plupart des échantillons concentrés dans les forêts secondaires tempérées et boréales) d'assemblages d'espèces de 26 groupes taxonomiques, y compris les plantes, les animaux et les champignons collectés dans les forêts touchées par les incendies de forêt, les tempêtes de vent et les épidémies d'insectes. L'effet global des perturbations naturelles sur la diversité α ne différait pas significativement de zéro, mais certains groupes taxonomiques réagissaient positivement aux perturbations, tandis que d'autres avaient tendance à réagir négativement. La perturbation était bénéfique pour les groupes taxonomiques préférant les conditions associées à la canopée ouverte (par exemple, les hyménoptères et les aéroglisseurs), tandis que les groupes d'habitation au sol et/ou les groupes généralement associés à des conditions ombragées (par exemple, les lichens épigées et les champignons mycorhiziens) étaient plus susceptibles d'être affectés négativement par la perturbation. Dans tous les groupes taxonomiques, la diversité α la plus élevée dans les parcelles forestières perturbées s'est produite sous une gravité de perturbation modérée, c'est-à-dire avec environ 55 % des arbres tués par la perturbation. Nous avons étendu notre méta-analyse en appliquant un concept de diversité unifié basé sur les nombres de Hill pour estimer les changements de diversité α dans différents groupes taxonomiques à travers un gradient de gravité de perturbation mesuré à l'échelle du peuplement et en incorporant d'autres caractéristiques de perturbation. Nous avons constaté que la gravité des perturbations affectait négativement la diversité pour le nombre de Hill q = 0, mais pas pour q = 1 et q = 2, ce qui indique que les relations entre la diversité et les perturbations sont façonnées par l'abondance relative des espèces. Notre synthèse de la diversité α a été prolongée par une synthèse des changements induits par les perturbations dans les assemblages d'espèces, et a révélé que les perturbations modifient la diversité β de plusieurs groupes taxonomiques, y compris certains groupes qui n'étaient pas affectés au niveau de la diversité α (oiseaux et plantes ligneuses). Enfin, nous avons utilisé la raréfaction/extrapolation mixte pour estimer l'évolution de la biodiversité en fonction de la proportion de forêts perturbées, c'est-à-dire l'étendue de la perturbation mesurée à l'échelle du paysage. La comparaison des forêts intactes et naturellement perturbées a révélé que les deux types de forêts fournissent un habitat pour des assemblages d'espèces uniques, tandis que la diversité des espèces dans le mélange de forêts perturbées et non perturbées a culminé à des valeurs intermédiaires d'étendue de la perturbation dans le paysage simulé. Par conséquent, la relation entre la diversité α et la gravité des perturbations dans les peuplements forestiers perturbés était étonnamment similaire à la relation entre la richesse en espèces et l'étendue des perturbations dans un paysage composé d'habitats forestiers perturbés et non perturbés. Ce résultat suggère que la gravité modérée des perturbations et l'étendue modérée des perturbations soutiennent les niveaux les plus élevés de biodiversité dans les paysages forestiers contemporains.

Translated Description (Spanish)

RESUMEN Las perturbaciones alteran la biodiversidad a través de sus características específicas, incluida la gravedad y la extensión en el paisaje, que actúan a diferentes escalas temporales y espaciales. La respuesta de la biodiversidad a las perturbaciones también depende de las características de la comunidad y los requisitos de hábitat de las especies. Desenredar la interacción mecanicista de estos factores ha guiado la ecología de las perturbaciones durante décadas, generando evidencia científica mixta de las respuestas de la biodiversidad a las perturbaciones. Comprender el impacto de las perturbaciones naturales en la biodiversidad es cada vez más importante debido a los cambios inducidos por el hombre en los regímenes de perturbaciones naturales. En muchas áreas, las principales perturbaciones forestales naturales, como incendios forestales, tormentas de viento y brotes de insectos, son cada vez más frecuentes, intensas, graves y generalizadas debido al cambio climático y al cambio en el uso de la tierra. Por el contrario, la supresión de las perturbaciones naturales amenaza la biota dependiente delas perturbaciones. Utilizando un enfoque metaanalítico, analizamos un conjunto de datos globales (con la mayoría de los muestreos concentrados en bosques secundarios templados y boreales) de conjuntos de especies de 26 grupos taxonómicos, incluidas plantas, animales y hongos recolectados de bosques afectados por incendios forestales, tormentas de viento y brotes de insectos. El efecto general de las perturbaciones naturales en la diversidad α no difirió significativamente de cero, pero algunos grupos taxonómicos respondieron positivamente a la perturbación, mientras que otros tendieron a responder negativamente. La perturbación fue beneficiosa para los grupos taxonómicos que prefieren condiciones asociadas con doseles abiertos (por ejemplo, himenópteros y moscas voladoras), mientras que los grupos que habitan en el suelo y/o los grupos típicamente asociados con condiciones de sombra (por ejemplo, líquenes epigéicos y hongos micorrícicos) tenían más probabilidades de verse afectados negativamente por la perturbación. En todos los grupos taxonómicos, la mayor diversidad α en los parches forestales perturbados ocurrió bajo una severidad de perturbación moderada, es decir, con aproximadamente el 55% de los árboles muertos por perturbación. Ampliamos aún más nuestro metanálisis aplicando un concepto de diversidad unificado basado en números de Hill para estimar los cambios de diversidad α en diferentes grupos taxonómicos a través de un gradiente de gravedad de perturbación medido en la escala de stand e incorporando otras características de perturbación. Encontramos que la gravedad de la perturbación afectó negativamente la diversidad para el número de Hill q = 0, pero no para q = 1 y q = 2, lo que indica que las relaciones diversidad-perturbación están determinadas por las abundancias relativas de las especies. Nuestra síntesis de la diversidad α se extendió mediante una síntesis del cambio inducido por perturbaciones en los ensamblajes de especies, y reveló que la perturbación cambia la diversidad β de múltiples grupos taxonómicos, incluidos algunos grupos que no se vieron afectados en el nivel de diversidad α (aves y plantas leñosas). Finalmente, utilizamos la rarefacción/extrapolación mixta para estimar el cambio en la biodiversidad en función de la proporción de bosques que fueron perturbados, es decir, la extensión de la perturbación medida a escala del paisaje. La comparación de bosques intactos y naturalmente perturbados reveló que ambos tipos de bosques proporcionan hábitat para conjuntos de especies únicas, mientras que la diversidad de especies en la mezcla de bosques perturbados y no perturbados alcanzó valores intermedios de extensión de perturbación en el paisaje simulado. Por lo tanto, la relación entre la diversidad α y la gravedad de la perturbación en los rodales forestales perturbados fue sorprendentemente similar a la relación entre la riqueza de especies y la extensión de la perturbación en un paisaje que consiste en hábitats forestales perturbados y no perturbados. Este resultado sugiere que tanto la severidad moderada de la perturbación como la extensión moderada de la perturbación apoyan los niveles más altos de biodiversidad en los paisajes forestales contemporáneos.

Files

brv.12876.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:90bd66453e90d809c1ae68b5ccc30fb1
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير الاضطرابات الطبيعية على التنوع البيولوجي للغابات: توليفة بيئية
Translated title (French)
L'effet des perturbations naturelles sur la biodiversité forestière : une synthèse écologique
Translated title (Spanish)
El efecto de las perturbaciones naturales en la biodiversidad forestal: una síntesis ecológica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4284989259
DOI
10.1111/brv.12876

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1273791837
  • https://openalex.org/W1278546575
  • https://openalex.org/W1480393969
  • https://openalex.org/W1497193439
  • https://openalex.org/W1561387878
  • https://openalex.org/W1569476219
  • https://openalex.org/W1577095478
  • https://openalex.org/W1590737946
  • https://openalex.org/W1602876919
  • https://openalex.org/W1882432381
  • https://openalex.org/W1893106149
  • https://openalex.org/W1951724000
  • https://openalex.org/W1976902084
  • https://openalex.org/W1978100694
  • https://openalex.org/W1980263100
  • https://openalex.org/W1981968821
  • https://openalex.org/W1991858704
  • https://openalex.org/W1994076818
  • https://openalex.org/W1997876547
  • https://openalex.org/W2003122936
  • https://openalex.org/W2006690660
  • https://openalex.org/W2014272720
  • https://openalex.org/W2014911753
  • https://openalex.org/W2015438784
  • https://openalex.org/W2022494614
  • https://openalex.org/W2022825068
  • https://openalex.org/W2023503730
  • https://openalex.org/W2025377210
  • https://openalex.org/W2027094073
  • https://openalex.org/W2036075425
  • https://openalex.org/W2043778196
  • https://openalex.org/W2044514201
  • https://openalex.org/W2057221944
  • https://openalex.org/W2066453262
  • https://openalex.org/W2080255336
  • https://openalex.org/W2083118641
  • https://openalex.org/W2091894189
  • https://openalex.org/W2096916545
  • https://openalex.org/W2098278288
  • https://openalex.org/W2099569618
  • https://openalex.org/W2102356638
  • https://openalex.org/W2107159911
  • https://openalex.org/W2108471337
  • https://openalex.org/W2108490810
  • https://openalex.org/W2110306174
  • https://openalex.org/W2111585896
  • https://openalex.org/W2115758395
  • https://openalex.org/W2116356357
  • https://openalex.org/W2121685929
  • https://openalex.org/W2122131085
  • https://openalex.org/W2123200887
  • https://openalex.org/W2123796567
  • https://openalex.org/W2127813926
  • https://openalex.org/W2129458498
  • https://openalex.org/W2130516494
  • https://openalex.org/W2132173272
  • https://openalex.org/W2133743750
  • https://openalex.org/W2135685734
  • https://openalex.org/W2139156166
  • https://openalex.org/W2139168999
  • https://openalex.org/W2141808460
  • https://openalex.org/W2145537781
  • https://openalex.org/W2149421543
  • https://openalex.org/W2153985252
  • https://openalex.org/W2155701801
  • https://openalex.org/W2156149853
  • https://openalex.org/W2158209940
  • https://openalex.org/W2162122179
  • https://openalex.org/W2165191990
  • https://openalex.org/W2166722801
  • https://openalex.org/W2167428428
  • https://openalex.org/W2171783890
  • https://openalex.org/W2177343849
  • https://openalex.org/W2209921169
  • https://openalex.org/W2223440733
  • https://openalex.org/W2272473773
  • https://openalex.org/W2292189294
  • https://openalex.org/W2292327935
  • https://openalex.org/W2299365843
  • https://openalex.org/W2460850757
  • https://openalex.org/W2499642631
  • https://openalex.org/W2520337694
  • https://openalex.org/W2522862144
  • https://openalex.org/W2524091259
  • https://openalex.org/W2534634577
  • https://openalex.org/W2553849436
  • https://openalex.org/W2582743722
  • https://openalex.org/W2589413971
  • https://openalex.org/W2618708155
  • https://openalex.org/W2742046620
  • https://openalex.org/W2761032146
  • https://openalex.org/W2788004014
  • https://openalex.org/W2790388191
  • https://openalex.org/W2790755339
  • https://openalex.org/W2793233216
  • https://openalex.org/W2802817419
  • https://openalex.org/W2807258289
  • https://openalex.org/W2808802328
  • https://openalex.org/W2820159472
  • https://openalex.org/W2892289707
  • https://openalex.org/W2893742489
  • https://openalex.org/W2895907989
  • https://openalex.org/W2896838823
  • https://openalex.org/W2903366951
  • https://openalex.org/W2903846739
  • https://openalex.org/W2909146363
  • https://openalex.org/W2912982335
  • https://openalex.org/W2918070671
  • https://openalex.org/W2935557560
  • https://openalex.org/W2935783737
  • https://openalex.org/W2951523173
  • https://openalex.org/W2963612160
  • https://openalex.org/W2964638709
  • https://openalex.org/W2964889182
  • https://openalex.org/W2970919015
  • https://openalex.org/W2975076811
  • https://openalex.org/W2978957093
  • https://openalex.org/W2982149479
  • https://openalex.org/W2987563092
  • https://openalex.org/W2991528593
  • https://openalex.org/W2992872994
  • https://openalex.org/W2995319684
  • https://openalex.org/W2998504186
  • https://openalex.org/W3003996650
  • https://openalex.org/W3009008154
  • https://openalex.org/W3012301499
  • https://openalex.org/W3028333026
  • https://openalex.org/W3033988019
  • https://openalex.org/W3046533688
  • https://openalex.org/W3048260913
  • https://openalex.org/W3087670157
  • https://openalex.org/W3090959030
  • https://openalex.org/W3111507211
  • https://openalex.org/W3120020138
  • https://openalex.org/W3122992882
  • https://openalex.org/W3133837492
  • https://openalex.org/W3154969552
  • https://openalex.org/W3157195152
  • https://openalex.org/W3164298592
  • https://openalex.org/W3191986364
  • https://openalex.org/W3196689654
  • https://openalex.org/W3206293905
  • https://openalex.org/W348466543
  • https://openalex.org/W4230401355
  • https://openalex.org/W4236476849
  • https://openalex.org/W930097783