Effect Exercised by Climate on the Taxonomic Diversity of Vascular Plants in the Middle Volga Region

L. S. Sharaya; Шарая Л. С.; A. V. Ivanova; Иванова А. В.; P. A. Shary; Шарый П. А.; N. V. Kostina; Костина Н. В.; G. S. Rosenberg; Розенберг Г. С.

doi:10.31857/S0367059723040108

Effect Exercised by Climate on the Taxonomic Diversity of Vascular Plants in the Middle Volga Region

Authors: Sharaya L.S.¹, Ivanova A.V.¹, Shary P.A.², Kostina N.V.¹, Rosenberg G.S.¹
Affiliations:
1. Institute of Ecology of the Volga River Basin, Russian Academy of Sciences
2. Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science, Russian Academy of Sciences
Issue: No 4 (2023)
Pages: 271-280
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0367-0597/article/view/139193
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367059723040108
EDN: https://elibrary.ru/RSQJYU
ID: 139193

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Analysis of relationships between the richness of three taxonomic ranks of vascular plants in the Middle Volga region and climate showed that the climatic factor explains 74% of variance in the number of species and families and 76% of variance in the number of genera. Taxonomic parameters of a floristic sample collected on 25 polygons 100 km2 in size each were compared with climatic parameters and their functions. Multiple regression models were produced for the three taxonomic ranks (numbers of families, genera, and species), and maps have been constructed on the basis of these models. The main predictors were climatic parameters at the beginning of spring and in winter months. Statistically significant correlations between the richness of species, genera, and families and some functions of climatic parameters that are usually excluded from analysis were identified. The essence of these functions is discussed in the context of their effect on snow melting processes in early spring.

Keywords

species diversity, genera diversity, family diversity, correlation with climate, multiple regression

References

Qian H., Ricklefs R.E. Taxon richness and climate in angiosperms: is there a globally consistent relationship that precludes region effect? // The American Naturalist. 2004. V. 163. № 5. P. 773–779.
Juárez A., Ortega-Baes P., Sühring S. et al. Spatial patterns of dicot diversity in Argentina // Biodiversity and Conservation. 2007. V. 16. P. 1669–1677.
Морозова О.В. Пространственные тренды таксономического богатства флоры сосудистых растений // Биосфера. 2011. Т. 3. № 2. С. 190–207.
Чиненко С.В., Зверев А.А., Королева Т.М. и др. Градиенты параметров биоразнообразия локальных флор Российской Арктики и Субарктики / Биоразнообразие экосистем Крайнего Севера: инвентаризация, мониторинг, охрана: Мат-лы III Всероссийской научной конф. Екатеринбург, 2018. С. 118–125.
Francis A.P., Currie D.J. A globally consistent richness-climate relationship for angiosperms // The American Naturalist. 2003. V. 161. № 4. P. 523–536.
Hawkins B.A., Rodríguez M.Á., Weller S.G. Global angiosperm family richness revisited: linking ecology and evolution to climate // J. of Biogeography. 2011. V. 38. P. 1253–1266.
Hawkins B.A., Field R., Cornell H.V. et al. Energy, water, and broad-scale geographic patterns of species richness // Ecology. 2003. V. 84. № 12. P. 3105–3117.
Hillebrand H. On the generality of the latitudinal diversity gradient // The American Naturalist. 2004. V. 163. №. 2. P. 192–211.
Field R., Hawkins B.A., Cornell H.V. et al. Spatial species-richness gradients across scales: a meta-analysis // J. of Biogeography. 2009. V. 36. P. 132–147.
Moser D., Dullinger S., Englisch T. et al. Environmental determinants of vascular plant species richness in the Austrian Alps // J. of Biogeography. 2005. V. 32. P. 1117–1127.
Richerson P.J., Lum K.-L. Patterns of plant species diversity in California: relation to weather and topography // The American Naturalist. 1980. V. 116. P. 504–536.
Whittaker R.J., Nogués-Bravo D., Araújo M.B. Geographical gradients of species richness: a test of the water-energy conjecture of Hawkins et al. (2003) using European data for five taxa // Global Ecology and Biogeography. 2007. V. 16. P. 76–89.
Dullinger I., Wessely J., Bossdorf O. et al. Climate change will increase the naturalization risk from garden plants in Europe // Global Ecology and Biogeography. 2017. V. 26. P. 43–53.
Adhikari P., Jeon J.-Y., Kim H.W. et al. Potential impact of climate change on plant invasion in the Republic of Korea // J. of Ecology and Environment. 2019. V. 43. P. 36.
Shrestha U.B., Shrestha B.B. Climate change amplifies plant invasion hotspots in Nepal // Diversity and Distributions. 2019. V. 25. P. 1599–1612.
Шмидт В.М. Зависимость количественных показателей конкретных флор европейской части СССР от географической широты // Ботан. журн. 1979. Т. 64. № 2. С. 172–183.
Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1984. 288 с.
Csergö A.M., Salguero-Gómez R., Broennimann O. et al. Less favourable climates constrain demographic strategies in plants // Ecology Letters. 2017. V. 20. № 8. P. 969–980.
Шарый П.А., Иванова А.В., Шарая Л.С., Костина Н.В. Влияние внутригодового распределения характеристик климата на разнообразие сосудистых растений в Среднем Поволжье // Экология. 2019. № 3. С. 163–171. [Shary P.A., Ivanova A.V., Sharaya L.S., Kostina N.V. The influence of the intra-annual distribution of climate characteristics on the diversity of vascular plants in the Middle Volga Region // Russ. J. of Ecology. 2019. V. 50. № 3. P. 209–217. https://doi.org/10.1134/S1067413619010089]https://doi.org/10.1134/S0367059719010086
Шарая Л.С., Шарый П.А., Иванова А.В.и др. Сравнительное изучение связей богатства видов. родов и семейств сосудистых растений от климата и рельефа в Среднем Поволжье // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2021. Т. 30. № 3. С. 47–51.
Шарый П.А., Шарая Л.С., Иванова А.В.и др. Зависимость состава спектров жизненных форм сосудистых растений от факторов среды в Среднем Поволжье // Изв. Самарского научного центра РАН. 2019. Т. 21. № 2. С. 26–34.
Шарый П.А., Шарая Л.С., Иванова А.В. и др. Сравнительный анализ видового богатства жизненных форм сосудистых растений в Среднем Поволжье // Сибирский экологич. журн. 2019. № 4. С. 383–396. [Shary P.A., Ivanova A.V., Sharaya L.S. et al. Comparative analysis of the species richness of life forms of vascular plants in the Middle Volga // Contemporary Problems of Ecology. 2019. V. 12. № 4. P. 310−320. https://doi.org/10.1134/S1995425519040103]https://doi.org/10.15372/SEJ20190402
Sharaya L.S., Shary P.A., Ivanova A.V. et al. Changes in species richness of vascular plants under climate and solar radiation in the Middle Volga River region (Russia) // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. V. 607. P. 012010.
Иванова А.В., Костина Н.В. Выявление площади минимум-ареала конкретной флоры с учетом антропогенной трансформации территории // Изв. Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 4. С. 77–80.
Sharaya L.S., Ivanova A.V., Aristova M.A. et al. Dependence of diversity of floras on climate in the Middle Volga region // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 818. P. 012047.
Саксонов С.В., Савенко О.В., Иванова А.В., Конева Н.В. Флора Сусканского заказника в Самарской области (Низменное Заволжье, Мелекесско-Ставропольский флористический район) // Фиторазнообразие Восточной Европы. 2007. № 2. С. 125–156.
Сенатор С.А., Саксонов С.В., Раков Н.С. и др. Сосудистые растения Тольятти и окрестностей (Самарская область) // Фиторазнообразие Восточной Европы. 2015. Т. 9. № 1. С. 32–101.
POWO: Plants of the World Online. 2022. http://plantsoftheworldonline.org (Дата обращения: 15.01.2022).
Hijmans R.J., Cameron S.E., Parra J.L., Jones P.G. Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas // International J. of Climatology. 2005. V. 25. № 15. P. 1965–1978.
Шарый П.А., Шарая Л.С., Сидякина Л.В. Связь NDVI лесов и характеристик климата Волжского бассейна // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 4. С. 154–163.
Шарый П.А., Пинский Д.Л. Статистическая оценка связи пространственной изменчивости содержания органического углерода в серой лесной почве с плотностью, концентрацией металлов и рельефом // Почвоведение. 2013. № 11. С. 1344–1356. [Shary P.A., Pinskii D.L. Statistical evaluation of the relationships between spatial variability in the organic carbon content in gray forest soils, soil density, concentrations of heavy metals, and topography // Eurasian Soil Science. 2013. V. 46. № 11. P. 1076–1087. https://doi.org/10.1134/S1064229313090044]https://doi.org/10.7868/S0032180X13090104
Montgomery D.C., Peck E.A. Introduction to linear regression analysis. New York: John Wiley & Sons, 1982. 504 p.
Guisan A., Zimmermann N.E. Predictive habitat distribution models in ecology // Ecological Modelling. 2000. V. 135. № 2-3. P. 147–186.
Beckage B., Osborne B., Gavin D.G. et al. A rapid upward shift of a forest ecotone during 40 years of warming in the Green Mountains of Vermont // Proceedings of the National Academy of Sciences (USA). 2008. V. 105. № 11. P. 4197–4202.
Хитун О.В., Чиненко С.В., Зверев А.А. и др. Градиенты таксономического разнообразия локальных флор Российской Арктики // Экология и география растений и растительных сообществ: Мат-лы IV Междун. научн. конф. Екатеринбург: ИЭВБ РАН, 2018. С. 1001–1006.