The Importance of the Human Footprint in Shaping the Global Distribution of Terrestrial, Freshwater and Marine Invaders

Human activities such as transport, trade and tourism are likely to influence the spatial distribution of non-native species and yet, Species Distribution Models (SDMs) that aim to predict the future broad scale distribution of invaders often rely on environmental (e.g. climatic) information only. This study investigates if and to what extent do human activities that directly or indirectly influence nature (hereafter the human footprint) affect the global distribution of invasive species in terrestrial, freshwater and marine ecosystems. We selected 72 species including terrestrial plants, terrestrial animals, freshwater and marine invasive species of concern in a focus area located in NW Europe (encompassing Great Britain, France, The Netherlands and Belgium). Species Distribution Models were calibrated with the global occurrence of species and a set of high-resolution (9×9 km) environmental (e.g. topography, climate, geology) layers and human footprint proxies (e.g. the human influence index, population density, road proximity). Our analyses suggest that the global occurrence of a wide range of invaders is primarily limited by climate. Temperature tolerance was the most important factor and explained on average 42% of species distribution. Nevertheless, factors related to the human footprint explained a substantial amount (23% on average) of species distributions. When global models were projected into the focus area, spatial predictions integrating the human footprint featured the highest cumulative risk scores close to transport networks (proxy for invasion pathways) and in habitats with a high human influence index (proxy for propagule pressure). We conclude that human related information–currently available in the form of easily accessible maps and databases—should be routinely implemented into predictive frameworks to inform upon policies to prevent and manage invasions. Otherwise we might be seriously underestimating the species and areas under highest risk of future invasions.The first author would like to thank the constructive comments and advice on the manuscript made by Drs Montserrat Vilà, Juan Pedro González-Varo and Pablo González-Moreno.Peer reviewe

Combining trade data and niche modelling improves predictions of the origin and distribution of non-native European populations of a globally invasive species

Aim: Although propagule pressure and environmental constraints are among the most important factors determining invasion success, studies considering both factors simultaneously are scarce. Moreover, while recent evidence suggests that the environmental requirements of individuals from different geographical ranges may be different, the role of propagule origin in invasions has been largely overlooked. Our aim was to disentangle the relative role of niche requirements, propagule origin and propagule pressure on the distribution of an invasive bird species. Location: Europe, Asia and Africa. Methods: We used species distribution models, niche and deviance partitioning analyses to investigate the relative roles of propagule pressure (international trade), origin of individuals (Asian or African), and environmental constraints in determining the distribution of invasive ring-necked parakeets across 25 European countries. Results: Differences between niches of native Asian and African parakeets were found, with the Asian niche matching the European niche more closely. In the invasive European range, distribution of parakeets was mainly explained by the pure effect of year of first importation (as a proxy of time since first introduction), the pure effect of geographical origin of propagules and the joint effect of environmental suitability and year of first importation, but not by overall propagule pressure. Only when taking into account the fraction of individuals whose native niche fitted better the European conditions - Asian parakeets - was the role of propagule pressure highlighted by models. Main conclusions: While environmental-based predictions calibrated on native ranges can constitute a useful first-screening tool, incorporating information about propagule pressure and especially about the variability in its geographical origin may result in a much more thorough assessment of invasion risk. Trade data reveal as a valuable proxy of propagule origin and pressure that can be combined with niche modelling for predicting the fate of trade-mediated invasions in a variety of organisms.Peer Reviewe

Constructed wetlands increase the taxonomic and functional diversity of a degraded floodplain

Numerous wetland restoration projects have been implemented in recent years to mitigate the increasing loss of global wetland surface area caused by human activities. Most of these projects have focused on the local recovery of habitats and species diversity, with little evaluation of functional recovery. We aimed at demonstrating that constructing wetlands on a degraded floodplain increases not only the taxonomic, but also the functional diversity of macroinvertebrate assemblages by providing greater water quality to the local fauna. We studied the macroinvertebrate community using taxonomic and functional diversity indices, and the physicochemical characteristics of three wetlands constructed 5–25 years ago, and three relict natural wetlands on the floodplain of a regulated river (Ebro River, NE Spain). Constructed wetlands demonstrated significantly greater taxonomic abundance and richness of macroinvertebrates than natural wetlands. At the functional level, the richness and Shannon diversity of biological traits relating to reproduction, respiration, dispersal and feeding were also greater in constructed wetlands, which is partly explained by low inorganic nitrogen concentration in these habitats. In contrast, a high content of phosphorus and water organic matter led to the lowest values of taxonomic and functional diversity found in natural wetlands. We conclude that it is essential to consider not only taxonomic but also functional aspects at all stages of a restoration project in order to optimize its long-term efficacy to provide and support key species and functions.Peer reviewe

Evaluación de la distribución actual y riesgo de expansión del caracol del cieno de Nueva Zelanda, Potamopyrgus antipodarum, en la Península Ibérica y en la Cuenca Hidrográfica del Ebro.

Las invasiones biológicas constituyen uno de los principales componentes del cambio global, causando graves impactos ecológicos y socioeconómicos. Para poder afrontar este reto con eficiencia, se necesitan herramientas con las que asignar recursos para la prevención y gestión de especies invasoras de manera eficiente. Los Modelos de Distribución de Especies (SDM), son utilizados frecuentemente para localizar las zonas más vulnerables a la invasión y donde los costes de gestión serían invertidos con mayor eficiencia. En el presente trabajo, se han utilizado SDM para investigar la expansión potencial del caracol del cieno de Nueva Zelanda (Potamopyrgus antipodarum), una especie invasora de agua dulce que se ha expandido por varios continentes y está presente en la Península Ibérica desde principios el siglo XX. En primer lugar se ha confeccionado un mapa de distribución en la Península Ibérica a partir de referencias bibliográficas, y posteriormente se han generado dos SDM con los que calcular la idoneidad del hábitat para la especie a dos escalas espaciales diferentes: Península Ibérica y cuenca del Ebro. Las conclusiones del estudio a escala peninsular han sido que existen poblaciones de P. antipodarum dispersas por toda la superficie de la Península Ibérica, particularmente concentradas en la mitad Noreste (costa mediterránea, proximidades de Madrid…). Las zonas más susceptibles a la invasión a corto plazo se sitúan en zonas de baja altitud, debido a las condiciones de temperatura templadas y la frecuencia de actividades socioeconómicas que favorecen la dispersión y éxito de establecimiento de la especie. A escala de la cuenca del Ebro, el riesgo de invasión es también más alto en las tierras bajas (proximidades de Zaragoza, Pamplona y a lo largo del cauce principal del Ebro…) por la abundancia de nutrientes, calcio y velocidades de corriente reducidas, junto con las temperaturas mínimas moderadas y la presión antropogénica. De hecho, el grado de alteración humana es el factor de riesgo más importante identificado a través de SDM, por su vinculación con la presión de propágulos y la menor competencia que ofrece la ya depauperada fauna autóctona

Especies Exóticas Invasoras en los Parques Nacionales Españoles: evaluación, tendencias y propuestas de actuación.

Las especies exóticas invasoras (EEI) suponen una grave amenaza para los ecosistemas y las especies autóctonas, especialmente para áreas protegidas como los Parques Nacionales (PPNN). El presente trabajo aborda las siguientes preguntas: ¿Cuántas EEI hay en los PPNN españoles? ¿Qué características contribuyen a la susceptibilidad de los PPNN, y a la capacidad de invasión de las especies? ¿Qué impactos tienen sobre las especies nativas? A través de una búsqueda bibliográfica se han identificado 176 EEI de las cuales 68 están recogidas en el Catálogo Español de Especies Exóticas Invasoras (CEEI). Las Islas Atlánticas de Galicia y Doñana destacan como los PPNN con un mayor número de EEI. La temperatura mínima del PPNN es la única característica que se relaciona significativa y positivamente con la riqueza de EEI. Las EEI que llegaron antes a la península están presentes en más PPNN. Un total de 36 especies nativas incluidas en el Libro Rojo de la UICN pueden verse directamente afectadas por la presencia de EEI. Concluimos resaltando la necesidad de aplicar medidas coordinadas desde OAPN para evitar la entrada de nuevas EEI en los PPNN españoles y controlar y erradicar las ya asentadas

Evaluación de la influencia humana sobre la distribución de especies invasoras en Europa mediante SIG

En la actualidad existe una creciente preocupación causada por la dispersión de especies invasoras, debido a los daños que estas pueden ocasionar en el medio ambiente y las pérdidas económicas que generan. A partir de datos de presencia de especies y diferentes capas de variables relacionadas con sus preferencias climáticas y medios de dispersión, las TIG ofrecen una herramienta indispensable para generar modelos predictivos. Comparando modelos ecológicos de nicho (MEN) realizados con variables climáticas con aquellos que incorporen factores relacionados con el hombre, en este estudio se evalúa su influencia para entender y predecir invasiones biológicas. Como resultado, se confirma que la consideración de variables de influencia humana en la generación de MEN produce predicciones más realistas y detalladas que los modelos climáticos, los cuales subestiman el potencial de establecimiento y expansión de especies. Por lo tanto, las decisiones tomadas en base a modelos en los que se tenga en cuenta la influencia humana serán más eficaces que aquellas basadas en modelos en las que no se consideren

First approach to understanding riparian wetlands in the Middle Ebro River floodplain (NE, Spain) : structural characteristics and functional dynamics

In Spring of 2005, the relationships between the physical and chemical characteristics of the aquatic and benthic environments and macroinvertebrate assemblages in seven wetlands representative of the floodplain of the Middle Ebro River (NE Spain), were analyzed. The selected wetlands differed in their hydrological connectivity, local environmental conditions and anthropic influence. Through multivariate analyses, two environmental gradients and three main wetland groups were detected. The hydrological connectivity differences generate a heterogenous landscape of structurally and functionally different wetlands in the Ebro Middle floodplain. Confined wetlands, such as older ox bow lakes, showed higher salt and organic matter contents and lower macroinvertebrates' density and biodiversity than did the other wetlands. This suggests that confinement and lack of disturbance events have led to water salinization and eutrophication, habitat homogenization and natural succession of the communities towards more adapted structures with lower biodiversity. Wetlands that still maintain some functional relationship with the river, such as newer ox bow lakes, constructed wetlands, and backwaters, show a higher inorganic nutrient concentration and suspended solids. They also show higher taxa richness and evenness, which suggests that higher disturbance frequencies enhance habitat's heterogeneity and resource availability, and therefore primary and secondary production that allow adapted and opportunistic species to coexist. The progressive flow regulation tends to homogenise this complex system, endangering its conservation. Therefore, the key processes identified here should be taken under consideration for the planning and execution of ecological monitoring, management and restoration.En primavera de 2005 se analizaron las relaciones entre las características físicas y químicas de los medios acuático y bentónico, y la comunidad de macroinvertebrados de 7 humedales representativos de la llanura de inundación del río Ebro (NE de España) en su tramo medio. Los humedales seleccionados se diferenciaron por su grado de conectividad hídrica, condiciones ambientales locales e influencia antrópica. Mediante análisis multivariante, se localizaron dos gradientes ambientales y tres tipos de humedales principales. Las diferencias de conectividad hidrológica generan un mosaico heterogéneo de humedales con diferente estructura y función en la llanura de inundación del Ebro Medio. Los humedales confinados -como los meandros abandonados más antiguos- mostraron mayor contenido de sales y materia orgánica, y menor densidad y diversidad de macroinvertebrados que el resto de humedales. Esto sugiere que el confinamiento y la falta de eventos de perturbación han conducido a la salinización y eutrofización del agua, la homogeneización del hábitat y la sucesión natural de las comunidades hacia estructuras más adaptadas y de menor diversidad. Los humedales que todavía mantienen cierta relación funcional con el río -como los meandros abandonados más recientes, humedales artificiales y "madres"- muestran una mayor concentración de nutrientes inorgánicos y sólidos en suspensión, además de una mayor riqueza de taxones y equitatividad, lo que sugiere que la mayor frecuencia de perturbación favorece la heterogeneidad de hábitat y de recursos, y por tanto la producción primaria y secundaria permitiendo la coexistencia de especies oportunistas y adaptadas. La progresiva regulación de caudales tiende a homogeneizar este complejo sistema poniendo en peligro su conservación. Por tanto, los procesos principales identificados en este estudio deben ser tenidos en cuenta en el diseño de planes de monitoreo, gestión y restauración ecológicas

Impactos de las especies exóticas invasoras en los servicios ecosistémicos del Bajo Ebro.

Las especies exóticas invasoras (EEI) constituyen una de las principales causas de pérdida de biodiversidad en el mundo. Entre las más dañinas se encuentra el caracol manzana, término que engloba distintas especies del género Pomacea (familia Ampullariidae), procedentes del sur de América y el cangrejo azul (Callinectes sapidus) procedente del Atlántico Occidental, ambos con una gran capacidad colonizadora, las cuales producen grandes pérdidas tanto económicas como ecológicas donde se establecen. En la Península Ibérica existe un único foco con presencia de ambas especies, aunque todo el arco mediterráneo es susceptible de sufrir la invasión. Ante esta amenaza, este proyecto pretende determinar y cuantificar los impactos producidos, tanto en el ecosistema como en las poblaciones de macroinvertebrados presentes en el tramo bajo del rio Ebro y determinar si la biodiversidad y los servicios del ecosistema se recuperan una vez gestionados. Para ello se han realizado 45 muestreos de parámetros fisicoquímicos y macroinvertebrados en distintos tramos del rio y mediante análisis estadísticos se han comprobado las posibles afecciones. Los resultados sugieren que la presencia del caracol manzana no afecta a todos los gasterópodos acuáticos por igual, además de tener la capacidad de variar los componentes orgánicos del medio (característica que comparte con el cangrejo azul).<br /

A proposed unified framework to describe the management of biological invasions

Managing the impacts of invasive alien species (IAS) is a great societal challenge. A wide variety of terms have been used to describe the management of invasive alien species and the sequence in which they might be applied. This variety and lack of consistency creates uncertainty in the presentation and description of management in policy, science and practice. Here we expand on the existing description of the invasion process to develop an IAS management framework. We define the different forms of active management using a novel approach based on changes in species status, avoiding the need for stand-alone descriptions of management types, and provide a complete set of potential management activities. We propose a standardised set of management terminology as an emergent feature of this framework. We identified eight key forms of management: (1) pathway management, (2) interception, (3) limits to keeping, (4) secure keeping, (5) eradication, (6) complete reproductive removal, (7) containment and (8) suppression. We recognise four associated terms: prevention; captive management; rapid eradication; and long-term management, and note the use of impact mitigation and restoration as associated forms of management. We discuss the wider use of this framework and the supporting activities required to ensure management is well-targeted, cost-effective and makes best use of limited resources

Current and future effects of global change on a hotspot's freshwater diversity

Deforestation, climate change and invasive species constitute three global threats to biodiversity that act synergistically. However, drivers and rates of loss of freshwater biodiversity now and in the future are poorly understood. Here we focus on the potential impacts of global change on freshwater mussels (Order Unionida) in Sundaland (SE Asia), a vulnerable group facing global declines and recognized indicators of overall freshwater biodiversity. We used an ensemble of distribution models to identify habitats potentially suitable for freshwater mussels and their change under a range of climate, deforestation and invasion scenarios. Our data and models revealed that, at present, Sundaland features 47 and 32 Mha of habitat that can be considered environmentally suitable for native and invasive freshwater mussels, respectively. We anticipate that by 2050, the area suitable for palm oil cultivation may expand between 8 and 44 Mha, representing an annual increase of 2–11%. This is expected to result in a 20% decrease in suitable habitat for native mussels, a drop that reaches 30% by 2050 when considering concomitant climate change. In contrast, the habitat potentially suitable for invasive mussels may increase by 44–56% under 2050 future scenarios. Consequently, native mussels may compete for habitat, food resources and fish hosts with invasive mussels across approximately 60% of their suitable range. Our projections can be used to guide future expeditions to monitor the conservation status of freshwater biodiversity, and potentially reveal populations of endemic species on the brink of extinction. Future conservation measures—most importantly the designation of nature reserves—should take into account trends in freshwater biodiversity generally, and particularly species such as freshwater mussels, vital to safeguard fundamental ecosystem services.This study is funded by the Malaysian Ministry of Higher Education (Project FRGS/1/2015/WAB13/UNIM//1). BG was supported by a research fellowship funded by the Spanish Program of R + D + I (JCI2012-11908)