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Keywords:

  • colonizing species;
  • early Holocene;
  • global warming;
  • Grand Canyon;
  • plant succession;
  • vegetation change
  • calentamiento global;
  • cambio de vegetación;
  • especies colonizadoras;
  • Gran Cañón;
  • Holoceno temprano;
  • sucesión vegetal

Abstract: Temperatures in southwestern North America are projected to increase 3.5–4 °C over the next 60–90 years. This will precipitate ecological shifts as the ranges of species change in response to new climates. During this shift, rapid-colonizing species should increase, whereas slow-colonizing species will at first decrease, but eventually become reestablished in their new range. This successional process has been estimated to require from 100 to over 300 years in small areas, under a stable climate, with a nearby seed source. How much longer will it require on a continental scale, under a changing climate, without a nearby seed source? I considered this question through an examination of the response of fossil plant assemblages from the Grand Canyon, Arizona, to the most recent rapid warming of similar magnitude that occurred at the start of the Holocene, 11,700 years ago. At that time, temperatures in southwestern North America increased about 4 °C over less than a century. Grand Canyon plant species responded at different rates to this warming climate. Early-successional species rapidly increased, whereas late-successional species decreased. This shift persisted throughout the next 2700 years. I found two earlier, less-extreme species shifts following rapid warming events around 14,700 and 16,800 years ago. Late-successional species predominated only after 4000 years or more of relatively stable temperature. These results suggest the potential magnitude, duration, and nature of future ecological changes and have implications for conservation plans, especially those incorporating equilibrium assumptions or reconstituting past conditions. When these concepts are extended to include the most rapid early-successional colonizers, they imply that the recent increases in invasive exotics may be only the most noticeable part of a new resurgence of early-successional vegetation. Additionally, my results challenge the reliability of models of future vegetation and carbon balance that project conditions on the basis of assumptions of equilibrium within only a century.

Resumen: Se proyecta que las temperaturas en el suroeste de Norte América incrementen 3.5 a 4 °C en los próximos 60–90 años. Esto precipitará cambios ecológicos a medida que cambien los rangos de las especies como respuesta a los climas nuevos. Durante este cambio, las especies colonizadoras rápidas deberán incrementar, mientras que las especies colonizadoras lentas primero decrecerán, pero eventualmente se restablecerán en su nuevo rango. Se ha estimado que este proceso sucesional requiere de 100 a más de 300 años en áreas pequeñas, con clima estable, con una fuente de semillas cercana. ¿Cuánto tiempo más se requerirá en una escala continental, bajo clima cambiante, sin una fuente de semillas cercana? Consideré esta pregunta examinando la respuesta de ensambles de plantas fósiles del Gran Cañón, Arizona, al calentamiento rápido de magnitud similar más reciente que ocurrió al principio del Holoceno, hace 11,700 años. En ese tiempo, las temperaturas en el suroeste de Norte América incrementaron casi 4 °C en menos de un siglo. Las especies de plantas del Gran Cañón respondieron a este aumento de temperatura de tasas diferentes. Las especies sucesionales tempranas incrementaron rápidamente, mientras que las sucesionales tardías decrecieron. Este cambio persistió durante los siguientes 2700 años. Encontré dos cambios previos, menos extremos, después de eventos de calentamiento rápido hace 14,700 y 16,800 años. Las especies sucesionales tardías predominaron solo después de 4000 o más años de temperatura relativamente estable. Estos resultados sugieren la potencial magnitud, duración y naturaleza de cambios ecológicos futuros y tienen implicaciones para los planes de conservación, especialmente los que incorporan suposiciones de equilibrio o que reconstruyen condiciones pasadas. Cuando estos conceptos son extendidos para incluir a los colonizadores sucesionales tempranos más rápidos, implican que los incrementos recientes de invasores exóticos pueden ser solo la parte más notable de una nueva resurgencia de vegetación sucesional temprana. Adicionalmente, mis resultados desafían la confiabilidad de los modelos de vegetación futura y balance de carbonos que proyectan condiciones con base en suposiciones de equilibrio durante solo un siglo.