Heating the heath: How 23 years of experimental warming changes an alpine biodiversity hotspot

Abstract

Arktisk-alpine område blir varmare som følge av klimaendringane. Dette kan endra plantesamfunn og føra til tap av artsmangfald. Reinroseheier, dominert av dvergbusken reinrose (Dryas octopetala) er blant dei mest artsrike plantesamfunna som finst i skandinaviske fjell. For å studera effekten av høgare temperatur på reinroseheier blei det i 2000 sett i gang eit forsøk med oppvarmingskammer (open top chambers, OTC) på Sanddalsnuten (1554 moh.) på Finse. I 2023 undersøkte eg langtidseffekten av oppvarming på dette plantesamfunnet gjennom ein vegetasjonsanalyse med høg taksonomisk oppløysing for karplanter, mose og lav. I tillegg gjorde eg målingar av plantehøgde, jordfukt, vegetasjonsindeksen NDVI og blomsterrikdom. Langtidsoppvarming førte til lågare dekning og artsrikdom av lav og mose. Mangfaldet og jamleiken i plantesamfunnet var lågare med oppvarming, og artssamansetning var annleis. Oppvarming ga høgare dekning av plantestrø og daud reinrose, men førte ikkje til endringar i dekninga av funksjonelle karplantegrupper eller artsrikdomen til karplantene. Vegetasjonen generelt, og reinrosa spesielt, var høgare med oppvarming. Saman med meir plantestrø kan det ha gitt meir skugge som førte til at lav- og moseartane gjekk tilbake. Eit tørrare miljø kan ha bidratt til dette, då eg fann ein ikkje-signifikant tendens mot tørrare jord med oppvarming. Auken i strø og daud reinrose kan skuldast at ekstremvær, som heitebølger og tørke, har blitt forsterka av eksperimentell oppvarming. At karplantene elles reagerte lite på høgare temperatur kan vera fordi dei er begrensa av vatn og næringsstoff, sidan dei veks på ein tørr rabb med tynt jordsmonn. Det kan òg skuldast at Arktisk-alpine planteartar er sakteveksande og langlevde, eller at reinrosa har ein sterk dominans i plantesamfunnet som gir lite plass til at andre artar kan auka i omfang. Høgt mangfald i plantesamfunnet kan òg ha bidratt til stabilitet og gjort det motstandsdyktig mot endringar. Reinrosa viste ein ikkje-signifikant tendens mot større blomsterrikdom med oppvarming, som kan tyda på at høgare temperatur kan gi større reproduksjonsevne. Studien min viser at lav og mose blei mest påverka av langtidsoppvarming i reinroseheia. Det er derfor er viktig å inkludera desse artsgruppene i studiar av klimaendringar då dei utgjer ein viktig del av artsmangfaldet og økosystemfunksjonane i Arktisk-alpine plantesamfunn. Lågproduktive og tørre reinroseheier kan moglegens vera meir motstandsdyktige mot høgare temperaturar enn andre Arktis-alpine naturtypar, men desse artsrike samfunna kan likevel bli fattigare med oppvarming over lengre tid. Sidan desse plantesamfunna endrar seg sakte er det viktig å oppretthalda langtidsforsøk for å forstå kva slags konsekvensar framtidige temperaturstigningar kan ha for artsmangfaldet deira.

Climate change is increasing the temperature of Arctic and alpine areas, which can alter plant communities and lead to loss of biodiversity. One of the most species-rich plant communities in Scandinavian mountains are Dryas heaths, named after the dominant dwarf shrub Dryas octopetala. In 2000, an experiment with open top chambers (OTCs) was started to study the effects of higher temperatures on Dryas heaths at Mt. Sanddalsnuten (1554 m asl.) in Finse, southwest Norway. In 2023, I studied the effects of long-term warming on the plant community by performing a vegetation analysis with high taxonomic resolution for vascular plants, lichens, and bryophytes. I also measured vegetation height, soil moisture, normalized difference vegetation index (NDVI), and flower abundance. Long-term warming led to a decrease in the cover and richness of lichens and bryophytes, a decline in community diversity and evenness, and altered species composition. The cover of litter and dead Dryas increased with warming, but the cover of vascular plant functional groups and vascular plant richness was not affected. Warmed plots had taller vegetation and Dryas canopies. Shading from taller vascular plant and their litter may have caused the decline in lichens and bryophytes. A drier environment could have contributed to this, as I found a non-significant trend of decreasing soil moisture in warmed plots. Increased cover of litter and dead Dryas could be due to extreme events, such as heatwaves or droughts, being amplified by experimental warming. The small response of vascular plants to warming could be a result of water and nutrient limitations, as the heath is situated on a dry ridge with shallow soil. It could also be because of the slow growth and longevity of Arctic- alpine plants, or because the dominance of Dryas leaves little room for other species in the community to increase. In addition, the existing high diversity in the Dryas heath could have provided stability and resistance to environmental changes. There was a non-significant trend of increasing flower abundance in Dryas in warmed plots, which could indicate a higher reproductive effort with increased temperatures. My study shows that lichens and bryophytes responded most strongly to long-term warming in the Dryas heath. Given their importance for biodiversity and ecosystem functions in Arctic-alpine plant communities, lichens and bryophytes are important to include in studies of climate change. Dry and low-productive Dryas heaths may be more resistant to higher temperatures than other Arctic- alpine habitats, but long-term warming could eventually impoverish these diversity hotspots. Given the slow changes in these communities, long-term experiments are necessary to understand what effects higher temperatures can have on their biodiversity in the future.