Warming of aquatic ecosystems disrupts aquatic-terrestrial linkages in the tropics

J Anim Ecol. 2021 Jul;90(7):1623-1634. doi: 10.1111/1365-2656.13505. Epub 2021 May 14.

Abstract

Aquatic ecosystems are tightly linked to terrestrial ecosystems by exchanges of resources, which influence species interactions, community dynamics and functioning in both ecosystem types. However, our understanding of how this coupling responds to climate warming is restricted to temperate, boreal and arctic regions, with limited knowledge from tropical ecosystems. We investigated how warming aquatic ecosystems impact cross-ecosystem exchanges in the tropics, through the export of aquatic resources into the terrestrial environment and the breakdown of terrestrial resources within the aquatic environment. We experimentally heated 50 naturally assembled aquatic communities, contained within different-sized tank-bromeliads, to a 23.5-32°C gradient of mean water temperatures. The biomass, abundance and richness of aquatic insects emerging into the terrestrial environment all declined with rising temperatures over a 45-day experiment. Structural equation and linear mixed effects modelling suggested that these impacts were driven by deleterious effects of warming on insect development and survival, rather than being mediated by aquatic predation, nutrient availability or reduced body size. Decomposition was primarily driven by microbial activity. However, total decomposition by both microbes and macroinvertebrates increased with temperature in all but the largest ecosystems, where it decreased. Thus, warming decoupled aquatic and terrestrial ecosystems, by reducing the flux of aquatic resources to terrestrial ecosystems but variably enhancing or reducing terrestrial resource breakdown in aquatic ecosystems. In contrast with increased emergence observed in warmed temperate ecosystems, future climate change is likely to reduce connectivity between tropical terrestrial and aquatic habitats, potentially impacting consumers in both ecosystem types. As tropical ectotherms live closer to their thermal tolerance limits compared to temperate species, warming can disrupt cross-ecosystem dynamics in an interconnected tropical landscape and should be considered when investigating ecosystem-level consequences of climate change.

Os ecossistemas aquáticos estão intimamente ligados aos ecossistemas terrestres por meio das trocas de recursos, que influenciam as interações entre as espécies, a dinâmica da comunidade e o funcionamento de ambos os tipos de ecossistemas. No entanto, nosso entendimento de como esse acoplamento responde ao aquecimento do clima é restrito às regiões temperadas, boreais e árticas, com conhecimento limitado para os ecossistemas tropicais. Investigamos como o aquecimento dos ecossistemas aquáticos impacta as trocas entre os ecossistemas nos trópicos, por meio da exportação de recursos aquáticos para o ambiente terrestre e da decomposição dos detritos de origem terrestre no ambiente aquático. Nós aquecemos experimentalmente 50 comunidades aquáticas que habitam tanques de bromélias de diferentes tamanhos, submetidas a um gradiente de temperatura média da água variando de 23,5 a 32°C. Em um experimento de 45 dias, a biomassa, abundância e riqueza de insetos aquáticos emergindo para o ambiente terrestre diminuíram com o aumento da temperatura. Modelos lineares mistos e de equações estruturais sugerem que esses impactos foram causados por efeitos deletérios do aquecimento no desenvolvimento e sobrevivência dos insetos, ao invés de serem mediados por predadores aquáticos, disponibilidade de nutrientes ou tamanho corporal reduzido. A decomposição foi determinada principalmente pela atividade microbiana. A decomposição total por micro-organismos e macro invertebrados aumentou com a temperatura, exceto em ecossistemas maiores. Assim, o aquecimento dissociou os ecossistemas aquáticos e terrestres, reduzindo o fluxo de recursos aquáticos para os ecossistemas terrestres, mas aumentando ou reduzindo de forma variável a decomposição dos recursos terrestres nos ecossistemas aquáticos. Em contraste com o aumento da emergência observada em ecossistemas temperados aquecidos, as mudanças climáticas futuras provavelmente reduzirão a conectividade entre os habitats terrestres e aquáticos tropicais, impactando potencialmente os consumidores em ambos os tipos de ecossistemas. Como organismos ectotérmicos tropicais vivem mais perto dos seus limites de tolerância térmica em comparação com espécies temperadas, o aquecimento pode comprometer a dinâmica entre os ecossistemas em uma paisagem tropical interconectada e deve ser considerado ao investigar as consequências das mudanças climáticas no nível do ecossistema.

Keywords: aquatic-terrestrial linkages; body size; climate warming; cross-ecosystem subsidies; decomposition; habitat size; insect emergence; tank-bromeliads.

Publication types

  • Research Support, Non-U.S. Gov't

MeSH terms

  • Animals
  • Arctic Regions
  • Climate Change*
  • Ecosystem*
  • Insecta
  • Predatory Behavior

Associated data

  • Dryad/10.5061/dryad.sxksn032t