Tree height, leaf thickness and seed size drive Caatinga plants' sensitivity to climate change

Abstract

Aim

The Anthropocene climate crisis may shift the distribution range of various species. Global Climate Models predict an increase in temperature and changes in precipitation across the Brazilian tropical semiarid region. Based on the joint analysis of functional traits and plant distribution models, we aim to identify which functional traits define the vulnerability of plants to climate change.

Location

Caatinga, Brazil.

Taxon

Trees‐shrub plants.

Methods

We selected 36 species common to at least 25% of the floristic and phytosociological surveys made in the Brazilian semiarid region. We modelled both the current and future spatial distribution of these species and investigated whether functional traits, such as plant height, leaf area, leaf thickness, specific leaf area, stem specific density, and seed size can explain the range shifts of these species.

Results

Models indicate that 58.4% of the species are expected to expand their distribution range in the future. These species tend to be shorter and produce large seeds and thin leaves, which confer higher hydraulic safety and resistance of seeds to prolonged droughts. Meanwhile, 41.6% of the species are expected to reduce their distribution ranges in the future. Most of these are characterized as tall individuals with thick leaves and small seeds.

Conclusion

Species with traits that confer resistance to drought are likely to increase distribution towards the coast and to areas where the Caatinga borders with other domains. Also, these species with low height, thin leaves and large seeds may expand their distribution to the slopes and plateaus. The retraction of taller plants and with thicker leaves may have profound implications for the structure and functioning of Brazilian semiarid ecosystems, given their role in ecosystem processes and carbon cycle. Retractions can result in a reduction in the number of local species, which will impact regional biodiversity.

Resumo

Objetivo

A crise climática do Antropoceno pode mudar a distribuição de várias espécies. Os Modelos Climáticos Globais preveem um aumento na temperatura e mudanças na precipitação em toda a região semiárida tropical brasileira. Com base na análise conjunta de características funcionais e modelos de distribuição de plantas, pretendemos identificar quais traços funcionais definem a vulnerabilidade das plantas às mudanças climáticas.

Localização

Caatinga, Brasil.

Taxon

plantas arbustivo‐arbóreas.

Métodos

Selecionamos 36 espécies comuns a pelo menos 25% dos levantamentos florísticos e fitossociológicos realizados no semiárido brasileiro. Modelamos a distribuição espacial atual e futura dessas espécies e investigamos se traços funcionais como altura da planta, área foliar, espessura da folha, área foliar específica, densidade específica do caule e tamanho da semente podem explicar as mudanças de alcance dessas espécies.

Resultados

Os modelos indicam que 58,4% das espécies devem expandir sua área de distribuição no futuro. Essas espécies tendem a ser mais baixas e produzir sementes grandes e folhas finas, o que confere maior segurança hidráulica e resistência das sementes a secas prolongadas. Além disso, espera‐se que 41,6% das espécies apresentem uma redução em suas faixas de distribuição no futuro. A maioria destas é caracterizada como indivíduos altos com folhas grossas e sementes pequenas.

Conclusão

Espécies com características que conferem resistência à seca tendem a aumentar a distribuição em direção ao litoral e em áreas onde a Caatinga faz fronteira com outros domínios. Além disso, essas espécies de baixa estatura, folhas finas e sementes grandes podem expandir sua distribuição para as encostas e planaltos. A retração de plantas mais altas e com folhas mais grossas pode ter profundas implicações na estrutura e funcionamento dos ecossistemas do semiárido brasileiro, dado o seu papel nos processos ecossistêmicos e no ciclo do carbono. As retrações podem resultar na redução do número de espécies locais, levando à redução da biodiversidade regional.