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. 2022 Jul;28(13):3998-4012.
doi: 10.1111/gcb.16200. Epub 2022 May 10.

Consistent signals of a warming climate in occupancy changes of three insect taxa over 40 years in central Europe

Eva Katharina Engelhardt  1 , Matthias F Biber  1 , Matthias Dolek  2 , Thomas Fartmann  3 , Axel Hochkirch  4 , Jan Leidinger  1 , Franz Löffler  3 , Stefan Pinkert  5   6   7 , Dominik Poniatowski  3 , Johannes Voith  8 , Michael Winterholler  9 , Dirk Zeuss  10 , Diana E Bowler  11   12   13 , Christian Hof  1
Affiliations

Consistent signals of a warming climate in occupancy changes of three insect taxa over 40 years in central Europe

Eva Katharina Engelhardt et al. Glob Chang Biol. 2022 Jul.

Abstract
in English, German

Recent climate and land-use changes are having substantial impacts on biodiversity, including population declines, range shifts, and changes in community composition. However, few studies have compared these impacts among multiple taxa, particularly because of a lack of standardized time series data over long periods. Existing data sets are typically of low resolution or poor coverage, both spatially and temporally, thereby limiting the inferences that can be drawn from such studies. Here, we compare climate and land-use driven occupancy changes in butterflies, grasshoppers, and dragonflies using an extensive data set of highly heterogeneous observation data collected in the central European region of Bavaria (Germany) over a 40-year period. Using occupancy models, we find occupancies (the proportion of sites occupied by a species in each year) of 37% of species have decreased, 30% have increased and 33% showed no significant trend. Butterflies and grasshoppers show strongest declines with 41% of species each. By contrast, 52% of dragonfly species increased. Temperature preference and habitat specificity appear as significant drivers of species trends. We show that cold-adapted species across all taxa have declined, whereas warm-adapted species have increased. In butterflies, habitat specialists have decreased, while generalists increased or remained stable. The trends of habitat generalists and specialists both in grasshoppers and semi-aquatic dragonflies, however did not differ. Our findings indicate strong and consistent effects of climate warming across insect taxa. The decrease of butterfly specialists could hint towards a threat from land-use change, as especially butterfly specialists' occurrence depends mostly on habitat quality and area. Our study not only illustrates how these taxa showed differing trends in the past but also provides hints on how we might mitigate the detrimental effects of human development on their diversity in the future.

Jüngste Klima- und Landnutzungsänderungen haben erhebliche Auswirkungen auf die biologische Vielfalt, wie z. B. Populationsrückgänge, Verlagerung von Verbreitungsgebieten sowie Veränderungen in der Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften. Nur wenige Studien bisher haben diese Auswirkungen auf unterschiedliche Taxa verglichen, insbesondere in Ermangelung an standardisierten Zeitreihendaten über lange Zeiträume. Vorhandene Datensätze sind räumlich und zeitlich oft wenig umfangreich, was Rückschlüsse, die aus solchen Studien gezogen werden können, einschränkt. Hier vergleichen wir klimatisch und landnutzungsbedingte Vorkommensänderungen bei Schmetterlingen, Heuschrecken und Libellen anhand eines umfangreichen Datensatzes mit sehr heterogenen Beobachtungsdaten, die in der mitteleuropäischen Region Bayern (Deutschland) über einen Zeitraum von 40 Jahren gesammelt wurden. Anhand von Occupancy-Modellen stellten wir fest, dass die Occupancy (Anteil der von einer Art besetzten Standorte pro Jahr) bei 37% der Arten abnahm, bei 30% zunahm und bei 33% keinen signifikanten Trend zeigte. Schmetterlinge und Heuschrecken wiesen mit jeweils 41% der Arten die stärksten Rückgänge auf. Dagegen nahmen 52% der Libellenarten zu. Temperaturpräferenz und Habitatspezifität scheinen die wichtigsten Faktoren für die Trendentwicklungen der Arten zu sein. Wir zeigen, dass kälteangepasste Arten in allen Taxa zurückgingen, während wärmeangepasste Arten zunahmen. Darüber hinaus nahmen bei Schmetterlingen Lebensraumspezialisten ab, während Generalisten zunahmen oder stabil blieben. Unsere Ergebnisse deuten auf starke und konsistente Auswirkungen der Klimaerwärmung auf alle untersuchten Insektentaxa hin. Der Rückgang von Schmetterlingsspezialisten (im Gegensatz zu den semiaquatischen Libellen, bei denen sowohl Generalisten als auch Spezialisten zunahmen) könnte auf eine Bedrohung in terrestrischen Lebensräumen hindeuten, da das Vorkommen insbesondere von Schmetterlingsspezialisten hauptsächlich von der Lebensraumqualität und -fläche abhängt. Beides hat sich in den letzten Jahrzehnten in aquatischen Lebensräumen verbessert, nicht jedoch in terrestrischen Lebensräumen. Unsere Studie veranschaulicht, warum diese Taxa in der Vergangenheit unterschiedliche Trends aufwiesen, und wie wir die nachteiligen Auswirkungen anthropogener Aktivitäten auf ihre Vielfalt in Zukunft abmildern können.

Keywords: arthropod; biodiversity; climate change; cross-taxon; long term; monitoring; occupancy model; specialization; trait; trend.

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