Încălzirea globală promovează invazia biologică a unui dăunător al albinelor - Cornelissen - 2019 - Global
bees @ wur, Wageningen Plant Research, Wageningen University & Research, Wageningen, Olanda
Corespondenţă
Bram Cornelissen, bees @ wur, Wageningen Plant Research, Wageningen University & Research, Wageningen, Olanda.
Institutul de Sănătate a Albinelor, Facultatea Vetsuisse, Universitatea din Berna, Berna, Elveția
Departamentul de ecologie comunitară, UFZ Helmholtz Center for Environmental Research, Halle (Saale), Germania
bees @ wur, Wageningen Plant Research, Wageningen University & Research, Wageningen, Olanda
Corespondenţă
Bram Cornelissen, bees @ wur, Wageningen Plant Research, Wageningen University & Research, Wageningen, Olanda.
Institutul de Sănătate a Albinelor, Facultatea Vetsuisse, Universitatea din Berna, Berna, Elveția
Departamentul de ecologie comunitară, UFZ Helmholtz Center for Environmental Research, Halle (Saale), Germania
Abstract
1. INTRODUCERE
Pe lângă factorii biotici, factorii abiotici pot contribui și la succesul invaziei SHB. Spre deosebire de alte gândaci, care pot finaliza un întreg ciclu de viață în cadrul coloniilor gazdă (Krishnan, Neumann, Ahmad și Pimid, 2015), SHB-urile trebuie să popeze în sol pentru a-și finaliza ciclul de viață (Ellis, Hepburn, Luckman și Elzen, 2004; Lundie, 1940). Succesul pupației SHB (rata de supraviețuire) și durata pupației sunt guvernate de umiditatea și temperatura solului (Akinwande & Neumann, 2018; Bernier, Fournier și Giovenazzo, 2014; Ellis și colab., 2004; Meikle și Diaz, 2012; Meikle & Patt, 2011). Prin urmare, este evident că factorii abiotici pot juca un rol cheie în explicarea performanței și, astfel, a invaziei succesului acestei specii. Într-adevăr, în condiții de mediu favorabile, adică umiditate și temperatură ridicate, SHB-urile pot provoca daune semnificative apiculturii în afara domeniului său endemic. De exemplu, în 1998 SHB a provocat daune de peste 3 milioane USD în Florida (Neumann & Elzen, 2004). Pot exista până la șase generații de SHB pe an în condițiile climatice din SUA și Africa de Sud (Neumann & Elzen, 2004), iar De Guzman și Frake (2007) au arătat că aproape 16 cicluri de viață complete pot fi realizate într-un an sub un sol constant temperatura de 34 ° C.
2 MATERIAL ȘI METODE
2.1 Date privind performanța pupilei SHB
Datele de performanță ale puilor de gândaci mici de stup sunt definite aici ca rata de supraviețuire și timpul de dezvoltare și au fost colectate din literatura revizuită de colegi, cu accent pe impactul temperaturii și umidității solului (Tabelul S1). Deoarece umiditatea solului a fost furnizată fie ca raporturi de greutate (umiditate), fie de volum (conținutul de apă din sol), măsurile gravimetrice au fost convertite în măsurători volumetrice în funcție de densitatea în vrac (kg/m 3) a tipurilor de sol utilizate (Tabelul S1). Pentru a umple golurile de date identificate în studiile publicate, au fost efectuate experimente suplimentare de laborator (Tabelul S1 și Metoda S1).
2.2 Curbele de performanță pupală SHB
Am folosit o abordare de regresie neliniară pentru a obține curbe de performanță prin ajustarea ratelor de supraviețuire pupală observate ((T) și (M)) la temperatura respectivă (T) și condițiile de umiditate (M) la ecuațiile (1.1) și (1.2) și a estimat parametrii Topta, Tmax, Mopta, Mmax și σp. Valorile inițiale pentru abordarea de estimare iterativă, prin minimizarea sumei de pătrate, au fost obținute prin inspecții vizuale ale reprezentării grafice a ratei de supraviețuire împotriva temperaturii și a umidității solului. Am comparat modele care includ o singură funcție (fie (T) sau (M)), modele incluzând aditivul și efectele lor interactive. Cele mai mici valori AIC au indicat că efectul interactiv a avut cel mai bun rezultat (Tabelul S2).
2.3 Date globale privind temperatura și umiditatea solului
Am prezis distribuția globală și invazivitatea SHB în condițiile climatice actuale utilizând măsura compusă a performanței pupale (Pi) pe baza informațiilor de mediu privind temperatura solului și umiditatea solului. Pentru temperatura solului, am folosit datele furnizate de microclim (Kearney, Isaac și Porter, 2014). Microclim oferă estimări orare de la suprafață până la 1 m adâncime pentru jumătatea zilei din fiecare lună la o rezoluție de 10 arcmin (adică 18,6 km la ecuator), incluzând șase niveluri de umbră și trei tipuri de substrat (sol, rocă și nisip). Conform biologiei SHB (De Guzman, Frake, & Rinderer, 2010; Pettis & Shimanuki, 2000), am extras date pentru sol la o adâncime de 10 cm și pentru un subgrup la fiecare a treia oră. Pentru a evalua nivelul de umbrire în funcție de acoperirea vegetației, am folosit datele referitoare la indicele de vegetație a diferenței normalizate (NDVI) ca proxy. Datele NDVI au fost obținute din studiile de modelare și cartografiere a inventarului global (GIMMS; Pizon, 2005; Tucker și colab., 2005) din anii 1981–2010 (Tucker, Pizon și Brown, 2016) la un interval bisăptămânal și la o rezoluție de 5 arcmin (9,3 km la ecuator). Aceste date au fost agregate la valori lunare medii la rezoluția de 10 arcmin a datelor de temperatură a solului și au fost calculate în medie pe perioada de 30 de ani. Valorile NDVI au fost în mod egal încadrate în cinci clase și atribuite nivelurilor respective de umbrire pentru datele microclimatice (0%, 25%, 50%, 75%, 100%). Pe baza valorilor NDVI, am extras datele respective ale temperaturii solului pentru fiecare celulă de rețea, conducând la estimări ale temperaturii globale a solului pentru ziua de mijloc a fiecărei luni pentru fiecare a treia oră.
Datele privind umiditatea solului au fost obținute din proiectul v2.2 al ESA CCI Surface Soil Moisture (ESA CCI SM) (Liu și colab., 2011, 2012; Wagner și colab., 2012) în perioada 1985–2014 la o rezoluție de 15 arcmin (27,9 km la ecuator). Am calculat mijloacele lunare în perioada de 30 de ani și am dezagregat datele la rezoluția de 10 arcmin. Deoarece datele ESA CCI SM nu acopereau tropicele, am umplut aceste lacune cu date de la produsul de date NASA SMAP L4_SM (Reichle, Lannoy, Koster, Crow și Kimball, 2017) pe o bază de 3 ore pentru perioada 2015-2017 la o rezoluție de 9 km (furnizată pe o rețea globală cilindrică cu suprafață egală). Am calculat valorile medii lunare pentru perioada de 3 ani și după reproiectare am agregat datele la rezoluția de 10 arcmin.
Întrucât SHB a fost observat doar în zonele vegetate, am mascat zonele ne vegetate folosind produsul NASA pentru acoperirea terenului, tipul climei de modelare a climei (MCD12C1; Nasa Lp Daac, 2013). Aceste date despre tipurile dominante de acoperire a terenului, furnizate inițial la o rezoluție de 3 arcmin (5,6 km la ecuator), au fost din nou agregate la grila de 10 arcmin.
2.4 Predicții globale și proiecții viitoare ale performanței pupilei SHB
Am folosit curbe de performanță ale ratelor de supraviețuire a pupelor ((TM)) și timpul de dezvoltareD(T)) pentru a prezice ambele procese separat pe baza temperaturii actuale a solului și a condițiilor de umiditate. Pentru a explica diferențele geografice puternice în variația diurnă a temperaturii solului și consecințele corespunzătoare asupra performanței pupalei, am prezis performanța pentru fiecare dintre intervalele de 3 ore pe lună și le-am integrat într-un al doilea pas prin mediere. Apoi am folosit ecuația (3.1) pentru a calcula indicele compozit al performanței pupalei pe lună, în timp ce am folosit maximul de (TM) /D(TM) în toate celulele de rețea și lunile (hărțile globale pentru rata de supraviețuire lunară, timpul de dezvoltare și performanța pupalei sunt furnizate în figurile S2 - S4). Performanța lunară a pupelor a fost condensată în continuare în două moduri: (a) a fost calculată pe parcursul lunilor pe celulă de rețea, presupunând că performanța pupală se acumulează în diferite condiții în decurs de un an; și (b) prin extragerea celui mai înalt nivel de performanță pe parcursul lunilor pe celulă de rețea, presupunând că invazivitatea depinde de performanța maximă în perioade mai scurte.