Climate Change Threatens Coexistence within Communities of Mediterranean Forested Wetlands

Abstract

Mediterranean basin supports characteristic Mediterranean forests, woodlands, and scrub vegetation, highly adapted to the mild, rainy winters and hot, dry summers that characterize the Mediterranean climate. Never less the Mediterranean region has been identified as one of the hot spots of climate change. This study aims to understand what are the conditions of coexistence, thus biodiversity, of Mediterranean tree species in humid areas under future scenarios of altered hydrological regimes. The core of the work is a quantitative, dynamic model exploring the coexistence of different mediterranean tree species, typical of the arid or semi-arid wetland where ecological overlaps exist between mesic communities and those dominated by wetland specialists. The original idea of the paper is to address this topic from a deterministic approach using a dynamical model which is validated by existing data on species abundance. The dynamic of the population is broadly-defined according to the distinct adaptive strategies of trees for water stress of summer drought and winter flooding while climate change are explored as external forcing by means of a bifurcation analysis and compared with the major regional climate scenarios. I argue that at intermediate levels of water supply, which do not benefit either of the two species, the dual role of water (resource and stress) results in the coexistence of two kind of species, namely Hygrophilous and Non-hygrophilous. In order to support the validity of the ideas contained in the present study I applied the model to a Mediterranean coastal forested wetlands of Central Italy located into Castelporziano Estate and Circeo National Park. The results obtained show that there are distinct rainfall thresholds on the ability of Mediterranean wetlands to maintain species coexistence and hence to sustain biodiversity, calling for an urgent adaptation and mitigation response to prevent human pressure on water resources in proximity of wetland forested areas.

Come è noto, il bacino del mediterraneo ospita una vegetazione fortemente adattata alle particolari condizioni climatiche che ne caratterizzano l’area. Inoltre la regione mediterranea è ricca di zone umide naturali ad elevata valenza ecologica. L’equilibrio di questi complessi sistemi naturali corre il rischio di essere alterato a causa dei cambiamenti climatici globali che, secondo i maggiori scenari climatici, mostrano un hot spot proprio nella regione mediterranea. Alla luce di questi fatti, la presente tesi mira ad individuare le condizioni climatiche per le quali la coesistenza, intesa quale sinonimo di biodiversità, di diverse specie arboree delle zone umide del mediterraneo è preservata. A tal fine è stato sviluppato un modello dinamico di competizione idrica per descrivere la coesistenza di due distinti gruppi di specie arboree (i.e. specie denominate igrofile e non-igrofile) che mostrano diverse strategie adattative allo stress idrico che caratterizza le zone umide del mediterraneo: drought estivo e flooding invernale. Al fine di verificarne la validità, il modello è stato validato sulle foreste umide planinziali della costa tirrenica integrando le informazioni rinvenute per i siti del Parco Nazionale del Circeo e della Tenuta Presidenziale di Castelporziano. I risultati ottenuti mostrano che per un regime idrico intermedio, rappresentato da quello attuale, in cui nessuna delle due specie è avvantaggiata, il duplice ruolo dell’acqua, risorsa-stress, garantisce la coesistenza delle due specie. Tuttavia, il trend con cui la precipitazione sta diminuendo è destinato a destabilizzare tale l’equilibrio nell’arco di qualche decennio, spostando il regime di vegetazione attuale da uno stato di coesistenza ad uno dominato dalle sole specie sclerofille. In generale, il modello è in grado di descrivere la dinamica delle popolazioni delle zone umide delle regioni aride o semi-aride in cui è facile rilevare sovrapposizioni ecologiche tra popolazioni relativamente più xeriche e quelle tipicamente più igrofile.