Πρότυπα κατανομής της βιοποικιλότητας κατά μήκος της υψομετρικής διαβάθμισης στην Κύπρο: μια προσέγγιση διατήρησης και διαχείρισης

Biodiversity loss is an immense threat to our planet. Human societies have caused changes in ecological processes that have led to the degradation of ecosystems and habitat loss. An important group that is in immediate danger due to biodiversity loss and climate change is insects. They are underappreciated and understudied and their spatial responses to this biodiversity crisis are unknown in many parts of the world. Thus, there is an urgent need for studying and monitoring insects, especially across ecological gradients, which will help us to understand the mechanisms and drivers that shape their distribution and inform management decisions and actions to halt further losses. In this context, the present thesis investigated how aspects of biodiversity respond along an elevation gradient in the Mediterranean island of Cyprus. In order to study different species responses, a multi-taxon approach was used, focusing on butterflies, Orthoptera, and vascular plants, as they are considered good indicators of environmental change. Their diversity patterns and community composition were investigated, to determine how they are influenced by elevation. In addition, their diversity patterns across different habitat types were investigated as well as the effect of a set of environmental parameters and an evaluation of the effectiveness of the Natura 2000 network in Cyprus was performed. Sampling sites were randomly selected along the elevation gradient 0-1952 m, among four elevational zones of 500 m (15 sites per zone). Butterflies were sampled within 300 m line transects from March to July, whereas vascular plants and Orthoptera in three plots located at 0, 150, and 300 m along the transect from March to May and from May to June respectively, for two consecutive years. Diversity patterns were investigated using the Shannon biodiversity index, as well as species richness and abundance. Parametric and non-parametric tests were employed for testing the effectiveness of the Natura 2000 network for butterflies and vascular plants. The relationship between community structure and environmental factors was investigated with Redundancy analysis (RDA) for butterflies and Orthoptera. The effect of elevation on species richness, abundance, and endemic species richness was assessed with Generalized Linear Models (GLMs) in the case of butterflies and Orthoptera, whereas Generalized Additive models (GAMs) were used for vascular plants. Communities’ composition comparisons among the elevational zones were performed using PERMANOVA analysis. To determine early change indicator species the Indicator Species Analysis was used (IndVal). A new Standardized Conservation value is proposed based on rarity, endemism, and red-listed species (applied to Orthoptera data) that can be used to prioritize sites according to their conservation value. Rural mosaics and riverine vegetation had the highest ecological value for the three taxa, while forests hosted more endemic plant species. The Natura 2000 network underperformed in protecting vascular plants and butterflies, though priority habitats are significantly protecting endemic plant species. The number of flower heads and soil humidity had a positive effect on butterflies and orthoptera, while elevation had a negative effect due to the limited resources. The effect of elevation on species richness and abundance showed a hump-shaped pattern for vascular plants and butterflies and a monotonic decreasing pattern for Orthoptera species. The first pattern might be explained by habitat diversity probably driven by geology leading to higher plant species richness in mid-elevations and greater resources for butterfly species. Orthoptera do not follow the same pattern as they are highly dependent on temperature and their distribution is restricted by thermal tolerance limitations. Thirteen species were identified as early climate change indicators that can be used to monitor and track climate change in the fourth elevational zone (>1500 m). The findings of the current thesis underline the need for conserving high heterogeneous agricultural land and riparian vegetation for all three taxa. To ensure the protection and effective management of important biodiversity components, a further expansion of the Natura network is also suggested that should include rural mosaics as well as the designation of riverine vegetation as strictly protected zone due to its great conservation value and future conservation potential under climate change. Protecting Troodos massif is also of great importance for safeguarding the mountain biodiversity of the island. Finally, establishing monitoring programs will inform EU and national policies, as well as management actions for conserving Cyprus biodiversity.Η απώλεια της βιοποικιλότητας και η υποβάθμιση των οικοσυστημάτων είναι κατά κύριο λόγο συνέπεια της ανθρώπινης δραστηριότητας. Οι ανθρώπινες κοινωνίες έχουν προκαλέσει σημαντικές αλλαγές στις οικολογικές διεργασίες, επηρεάζοντας αρνητικά τη βιοποικιλότητα. Σημαντικές ομάδες που βρίσκονται σε άμεσο κίνδυνο λόγω ενός ευρέος φάσματος απειλών, όπως η απώλεια ενδιαιτημάτων, η εντατικοποίηση της γεωργίας, η ερημοποίηση και η κλιματική αλλαγή, είναι διάφορες ομάδες εντόμων. Οι χωρικές αποκρίσεις της εντομοπανίδας σε αυτές τις απειλές παραμένουν εν πολλοίς άγνωστες. Επομένως, είναι ιδιαίτερα σημαντική η μελέτη και η παρακολούθηση των εντόμων, ειδικά σε οικολογικές διαβαθμίσεις, ώστε να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς και τους παράγοντες που διαμορφώνουν την κατανομή τους και να σχεδιάσουμε διαχειριστικές πρακτικές που θα συμβάλουν στην ανάσχεση της απώλειας τους. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η απόκριση συνιστωσών της βιοποικιλότητας κατά μήκος της υψομετρικής διαβάθμισης στο νοτιοκεντρικό τμήμα της Κύπρου. Προκειμένου να κατανοήσουμε καλύτερα τις χωρικές αποκρίσεις ειδών στο υψόμετρο επιλέχθηκαν διαφορετικές ταξινομικές ομάδες μελέτης και ειδικότερα οι ομάδες των πεταλούδων, των ορθοπτέρων και των φυτών, καθώς θεωρούνται καλοί δείκτες των περιβαλλοντικών αλλαγών. Συγκεκριμένα, διερευνήθηκαν τα πρότυπα ποικιλότητας και η σύνθεση της βιοκοινότητας των παραπάνω ταξινομικών ομάδων, ώστε να προσδιοριστεί η επίδραση της διαβάθμισης του υψομέτρου στο νησί της Κύπρου. Επιπλέον, διερευνήθηκαν τα πρότυπα ποικιλότητας των τριών ταξινομικών ομάδων, σε διαφορετικούς τύπους ενδιαιτημάτων, καθώς και η επίδραση ενός συνόλου περιβαλλοντικών παραμέτρων που επηρεάζουν την ποικιλότητα και τη σύνθεση της βιοκοινότητας των ορθοπτέρων και των πεταλούδων. Αξιολογήθηκε επίσης, η αποτελεσματικότητα του δικτύου Natura 2000 ως προς τη διατήρηση των φυτών και των πεταλούδων. Οι περιοχές δειγματοληψίας επιλέχθηκαν με τυχαίο τρόπο κατά μήκος της υψομετρικής διαβάθμισης 0-1952 μ., μεταξύ τεσσάρων υψομετρικών ζωνών των 500 μέτρων (15 δειγματοληπτικές επιφάνειες ανά υψομετρική ζώνη). Για τις δειγματοληψίες των πεταλούδων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των γραμμικών διατομών συνολικού μήκους 300 μ., σε κάθε δειγματοληπτική επιφάνεια, ενώ για τα φυτά και τα ορθόπτερα επιλέχθηκαν τρεις επιφάνειες στα 0, 150 και 300 μ. κατά μήκος της διατομής. Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν μεταξύ Μαρτίου και Ιουλίου για την ομάδα των πεταλούδων, Μαρτίου και Μαΐου για την ομάδα των φυτών και Μάιου και Ιουνίου για την ομάδα των ορθοπτέρων για δύο συναπτά έτη. Για την ανάλυση των δεδομένων των υπό μελέτη ταξινομικών ομάδων υπολογίστηκε ο δείκτης ποικιλότητας Shannon καθώς και η αφθονία και ο αριθμός των ειδών για κάθε ομάδα. Εφαρμόστηκαν παραμετρικές και μη παραμετρικές μέθοδοι για τη σύγκριση των διαφορετικών ενδιαιτημάτων και τον πλούτο ειδών και ενδημικών ειδών για την ομάδα των φυτών και των πεταλούδων εντός και εκτός του δικτύου Natura 2000. Η σχέση μεταξύ της δομής της βιοκοινότητας των πεταλούδων και των ορθοπτέρων με τις περιβαλλοντικές παραμέτρους διερευνήθηκε με Ανάλυση Πλεονασμού (RDA). Η επίδραση του υψομέτρου στον πλούτο και την αφθονία καθώς και των ενδημικών ειδών των υπό μελέτη ομάδων εξετάστηκε με Γενικευμένα Γραμμικά Μοντέλα (GLMs), ενώ για τα φυτά με Γενικευμένα Προσθετικά Μοντέλα (GAMs). Για την ανάλυση της δομής των βιοκοινοτήτων με βάση τις υψομετρικές ζώνες, εφαρμόστηκε Επαναληπτική Πολυπαραγοντική Ανάλυση Διακύμανσης (Permutational Multivariate Analysis of Variance). Για τον καθορισμό των ειδών-δεικτών ως προς την άμεση απόκριση τους στην κλιματική αλλαγή χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Ανάλυσης ειδών δεικτών (Indicator species analysis). Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα νέο μεθοδολογικό εργαλείο για την ιεράρχηση σημαντικών περιοχών για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας, με τη χρήση του Σταθμισμένου Δείκτη Διατήρησης (Standardized Conservation Index, SCI), που υπολογίζεται με βάση την τιμή διατήρησης (ci) ενός είδους και στηρίζεται στη σπανιότητα, τον ενδημισμό και την κατάσταση διατήρησης των ειδών μια περιοχής (εφαρμόστηκε στην ομάδα των ορθοπτέρων). Τα μωσαϊκά βλάστησης και η παραποτάμια βλάστηση αναδείχθηκαν ως τα πιο σημαντικά ενδιαιτήματα και για τις τρεις ταξινομικές ομάδες, ενώ τα δάση φιλοξενούν μεγάλο πλούτο ενδημικών φυτών. Το δίκτυο Natura 2000 δεν συμβάλει σε επαρκή βαθμό στη διατήρηση των ειδών πεταλούδων και φυτών της Κύπρου, ενώ οι οικότοποι προτεραιότητας φιλοξενούν μεγαλύτερο αριθμό ενδημικών ειδών σε μεγαλύτερα υψόμετρα. H αφθονία των ανθέων και η υγρασία του εδάφους επηρέασαν θετικά τις πεταλούδες και τα ορθόπτερα, ενώ το υψόμετρο είχε αρνητική επίδραση στις δύο ομάδες. Δύο διαφορετικά πρότυπα ποικιλότητας βρέθηκαν κατά μήκος της υψομετρικής διαβάθμισης: ένα μονοκόρυφο πρότυπο για τα φυτά και τις πεταλούδες και ένα μονοτονικό πρότυπο (γραμμική μείωση) για τα ορθόπτερα. Για τα φυτά το πρότυπο αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την ποικιλότητα των ενδιαιτημάτων που πιθανόν να οφείλεται στο γεωλογικό υπόστρωμα, ενώ για τις πεταλούδες θα μπορούσε να αποδοθεί στον μεγαλύτερο πλούτο φυτικών ειδών στα μεσαία υψόμετρα που ευνοούν τη διαθεσιμότητα πόρων. Για τα ορθόπτερα αυτό το πρότυπο θα μπορούσε να αποδοθεί στη μείωση της θερμοκρασίας προς μεγαλύτερα υψόμετρα και στις μειωμένες πηγές τροφής. Επιπλέον, προσδιορίστηκαν 13 είδη που σχετίζονται με την τέταρτη υψομετρική ζώνη (>1500 μ.) τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως είδη στόχοι για την παρακολούθηση και καταγραφή της απόκρισής τους στην κλιματική αλλαγή. Τα αποτελέσματα της διατριβής αυτής επισημαίνουν την ανάγκη προστασίας των αγροτικών μωσαϊκών βλάστησης και των παρόχθιων ζωνών κατά μήκος της υψομετρικής διαβάθμισης λόγω της μεγάλης αξίας διατήρησης για τις τρεις υπό μελέτη ομάδες. Προτείνεται, η επέκταση του δικτύου Natura 2000 ώστε να ενσωματώσει σε μεγαλύτερο βαθμό μωσαϊκά βλάστησης, λόγω της μεγάλης οικολογικής τους αξίας καθώς και των παρόχθιων ζωνών στις αυστηρά προστατευόμενες ζώνες του δικτύου, λόγω της μεγάλης οικολογικής τους αξίας και της μελλοντικής δυνατότητας που έχουν για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας υπό το φως της κλιματικής αλλαγής. Είναι ύψιστης σημασίας η προστασία του ορεινού όγκου του Τροόδους ώστε να διασφαλιστεί η ορεινή βιοποικιλότητα του νησιού. Τέλος, η θέσπιση προγραμμάτων παρακολούθησης θα συμβάλει στις εθνικές και ευρωπαϊκές πολιτικές καθώς και στη διαμόρφωση διαχειριστικών μέτρων για τη διατήρηση και προστασία της βιοποικιλότητας της Κύπρου

Natura 2000 habitat mapping in Cyprus using high resolution orthophoto maps

The Natura 2000 network is an essential tool for the protection and conservation of habitats and species throughout Europe. Each member state is responsible for the designation and management of Special Areas of Conservation (SACs), according to the provisions of the Habitats Directive (92/43/EEC). One of the key components for the conservation of these areas and their natural habitats is monitoring to ensure their long-term protection and maintenance. In this study, high resolution orthophotos were used to update the habitat maps of 17 SACs of the Natura 2000 network in Cyprus (areas under the effective control of the Government of the Republic of Cyprus) and also to map two (2) new candidate Sites of Community Importance (cSCIs). Habitat mapping involved an initial photo-interpretation using orthophotos and, subsequently, the aggregation of information from supplementary data (i.e. Corine Land Cover, crosswalks between EUNIS habitats Classification and Corine Land Cover, Google earth imagery from different years and seasons, etc.) to produce a map with all available information (spatial and descriptive) regarding habitat types and their cover area. Validation of the updated habitat mapping was performed by habitat and flora experts, combined with extensive field work. Additionally, 100 monitoring protocols were used to record and assess the conservation degree of 13 different habitat types inside these 19 areas. The study demonstrates that high-resolution orthophotos, combined with field work, significantly contributed to the improvement of the Natura 2000 habitat mapping. Remote sensing applications are powerful tools for identifying, mapping and monitoring of the Natura 2000 habitats

Signals of Climate Change in Butterfly Communities in a Mediterranean Protected Area

<div><p>The European protected-area network will cease to be efficient for biodiversity conservation, particularly in the Mediterranean region, if species are driven out of protected areas by climate warming. Yet, no empirical evidence of how climate change influences ecological communities in Mediterranean nature reserves really exists. Here, we examine long-term (1998–2011/2012) and short-term (2011–2012) changes in the butterfly fauna of Dadia National Park (Greece) by revisiting 21 and 18 transects in 2011 and 2012 respectively, that were initially surveyed in 1998. We evaluate the temperature trend for the study area for a 22-year-period (1990–2012) in which all three butterfly surveys are included. We also assess changes in community composition and species richness in butterfly communities using information on (a) species’ elevational distributions in Greece and (b) Community Temperature Index (calculated from the average temperature of species' geographical ranges in Europe, weighted by species' abundance per transect and year). Despite the protected status of Dadia NP and the subsequent stability of land use regimes, we found a marked change in butterfly community composition over a 13 year period, concomitant with an increase of annual average temperature of 0.95°C. Our analysis gave no evidence of significant year-to-year (2011–2012) variability in butterfly community composition, suggesting that the community composition change we recorded is likely the consequence of long-term environmental change, such as climate warming. We observe an increased abundance of low-elevation species whereas species mainly occurring at higher elevations in the region declined. The Community Temperature Index was found to increase in all habitats except agricultural areas. If equivalent changes occur in other protected areas and taxonomic groups across Mediterranean Europe, new conservation options and approaches for increasing species’ resilience may have to be devised.</p></div

Results from univariate Poisson regression models fitted to each taxon.

<p><i>LR</i>: Likelihood ratio test statistic used as a measure of species strength of between-years effect, <i>SC</i>: species categories (HA: high-altitude, LA: low-altitude, W: widespread) created using species elevational distributions in Greece, <i>PC</i>: proportional change (%) of species abundance among 1998 and 2011 (formula used <i>N</i>₂₀₁₁/ <i>N</i>₁₉₉₈).</p><p>Only statistically significant species (<i>P</i><0.05) are shown, while species are ranked from those with the greatest declines to those with the greatest increases in abundance between 1998 and 2011 (%).</p

Community Temperature Index (CTI) among the sampled habitats in 1998 and 2011.

<p>A Community Temperature Index (CTI, y-axis) was calculated for each one of the seven habitats (x-axis) as the average Species Temperature Index (calculated after the average temperature of each species’ geographical range in Europe, see <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0087245#pone.0087245-Devictor1" target="_blank">[13]</a>, <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0087245#pone.0087245-VanSwaay1" target="_blank">[14]</a>) weighted by species’ total abundance, sampled in 1998 (filled circle) and 2011 (empty circle) in each of the habitats. Figure shows significant increase of CTI in all habitats except for the agricultural areas.</p

Enhancing Small-Medium IsLands resilience by securing the sustainability of Ecosystem Services: the SMILES Cost Action

European islands are hotspots of biological and cultural diversity, which, compared to mainland, are more vulnerable to climate change, tourism development, uncontrolled land-use changes and the consequences of financial crisis. These drivers of change have increasingly resulted in severe impacts on socio-economic and environmental parameters. Projected climate, land-use and socio-economic change will impact on islands’ biodiversity, ecosystem services and, in turn, on the quality of life of island inhabitants. Even if the existing methods can adequately predict the abovementioned changes of the larger islands, this is not the case for small and medium-size islands, where there is a need for refinement. Although ecosystem services (ES) assessments have been carried out worldwide in different geographical areas, islands are still under-represented. Despite the recognised islands’ importance and vulnerability, efforts to date have focused solely on the pressures they face. Still, we know little about ES supply, flow and demand and their spatio-temporal variability, whilst integrated approaches that consider ES cross-island realms (terrestrial, marine and their interface) remain scarce. Even more under-represented are studies that explore the telecoupled relationship amongst islands and their mainland counterparts. Moreover, the current conceptual approaches guiding ES mapping and assessment need further refinement to account for the complex manifestations of nature and culture arising from peoples’ interaction with island spaces. This paper discusses the creation of a platform for coordinated interdisciplinary research on several aspects of mapping and assessment of ES in small and medium European islands in order to synthesise and strengthen the knowledge base for conservation of island realms and contribute to their sustainable development