Upward migration of vascular plants following a climate warming trend in the Alps

SummaryThe aim of this study was to understand (1) whether warmer climatic conditions affected the vascular plant species composition, (2) the magnitude and rate of altitudinal changes in species distributions, and (3) whether an upward migration of alpine plants is connected to wind dispersal of diaspores. We compared historical records (1954–1958) with results from recent plant surveys (2003–2005) from alpine to nival ecosystems in the Rhaetian Alps, N-Italy. The presence of all vascular plant species and their maximum altitude were recorded along a continuous altitudinal transect of 730 m. An increase in species richness from 153 to 166 species was observed. Moreover, 52 species were recorded from altitudes 30–430 m higher than their 1950s limits, which corresponds to a median migration rate of 23.9 m/decade. In order to explain the observed migrations, the species wind-dispersal ability (diaspore weight and morphology) and the air temperature variation from 1926 to 2003 were considered. Species with more pronounced altitudinal shifts possess lighter diaspores. The highest increase in species richness was found between 2800 and 3100 m a.s.l.; this appears to be related to an estimated shift of the permafrost limit by +240 m during the last 50 years. The mean air temperature in the region rose by +1.6 °C in summer and by +1.1 °C in winter within this period. Climate warming is therefore considered as a primary cause of the observed upward migration of high mountain plants. Calculated altitudinal migration rates, however, varied remarkably among species. This would imply differential abilities of species to persist in an increasingly warmer climate. Species-specific conservation measures, including ex situ conservation, may therefore be required.

ZusammenfassungMit dieser Studie sollte untersucht werden (1) ob wärmere klimatische Bedingungen die Artenzusammensetzung beeinflussen, (2) der Umfang und die Rate von Änderungen in der Artenverteilung hinsichtlich der Höhe, und (3) ob eine Aufwärtswanderung von alpinen Pflanzen mit der Windverbreitung von Diasporen zusammenhängt. Wir verglichen historische Listen (1954–1958) mit den Ergebnissen rezenter Pflanzenaufnahmen (2003–2005) von alpinen bis nivalen Ökosystemen in den Rätischen Alpen (Nord-Italien). Das Auftreten aller Gefäßpflanzen und ihre maximale Höhe wurden entlang eines Höhentransekts von 730 m registriert. Eine Zunahme von 153 auf 166 Arten wurde beobachtet. Darüberhinaus wurden 52 Arten in Höhen festgestellt, die 30 bis 430 m oberhalb der Grenzen von 1950 lagen. Dies entspricht einer mittleren Wanderungsgeschwindigkeit von 23.9 m/Dekade. Um die beobachteten Wanderungen zu erklären, wurden die Windausbreitungsfähigkeit der Arten (Gewicht und Morphologie der Diasporen) und die Temperaturänderungen von 1926 bis 2003 betrachtet. Arten mit deutlicheren Höhenverschiebungen besitzen leichtere Diasporen. Die größte Zunahme des Artenreichtums wurde zwischen 2800 und 3100 m N.N. festgestellt. Dies scheint mit der geschätzten Verschiebung der Permafrostgrenze um +240 m in den letzten 50 Jahren zusammenzuhängen. In diesem Zeitraum stieg die mittlere Lufttemperatur in der Region um 1.6 °C im Sommer und 1.1 °C im Winter. Die Klimaerwärmung wird somit als die primäre Ursache für die Aufwärtswanderung der Hochgebirgspflanzen angesehen. Die errechneten Wandergeschwindigkeiten variierten indessen stark zwischen den Arten. Dies impliziert unterschiedliche Fähigkeiten der Arten in einem immer wärmeren Klima zu überleben. Artspezifische Schutzmaßnahmen, einschließlich Artenschutz ex situ, könnten notwendig sein.