The geography of forest diversity and community changes under future climate conditions in the eastern United States

ABSTRACT

Using modeled geographic range and importance projections of 133 tree species in the eastern United States we compare regional scale patterns of forest species diversity, similarity, evenness and community composition under present conditions with two future climate change scenarios. Overall, there is an increase in tree species richness on a pixel-by-pixel basis under future conditions, with a general shift to higher diversity in the northern portion of the United States. Percent similarity in species composition between current forest composition and future species composition under the low scenario averages 53.1%, and is lower for the high climate change scenario (45%), with the lowest similarity occurring in northern forests and the northern United States forest-prairie ecotone. In the future, species evenness increases over a large portion of the study area compared with current conditions. Forest community composition is stable in the southeastern United States, lower Great Lakes region and western extent of the eastern forests. Novel species assemblages develop in northern Wisconsin and Michigan, the northeastern United States, the southern forest-prairie ecotone and the southern coastal plain. Our study highlights geographic regions likely to experience substantial shifts in species composition and forest structure that should be monitored for early signs of forest change.

RÉSUMÉ

En utilisant la répartition géographique modélisée et la projection d’importance de 133 espèces d’arbres de l’est des États-Unis, nous comparons les patrons régionaux de diversité, similarité, uniformité et composition des communautés forestières sous les conditions actuelles avec ceux de deux scénarios de changements climatiques futurs. La comparaison pixel par pixel montre que la richesse spécifique des arbres augmente sous les conditions futures, avec une transition vers une diversité plus élevée dans la portion septentrionale des États-Unis. Le pourcentage de similarité entre les compositions spécifiques actuelles et futures est de 53,1% pour le scénario de faible changement climatique, et plus faible pour le scénario de changements climatiques élevés (45%), avec la similarité la plus faible dans les forêts du nord des États-Unis et de l’écotone forêt-prairie. Dans le futur, l’uniformité spécifique augmente sur une grande portion de l’aire d’étude comparativement aux conditions actuelles. La composition des communautés forestières est stable dans le sud-est des États-Unis, mais est plus faible dans la région des Grands Lacs et dans la portion occidentale des forêts de l’est. De nouveaux assemblages spécifiques se développent dans le nord du Wisconsin et du Michigan, dans le nord-est des États-Unis, dans le sud-est de l’écotone forêt-prairie et dans la plaine côtière du sud. Notre étude met en évidence les régions géographiques susceptibles de subir des changements substantiels de composition spécifique et de structure forestière qui devraient faire l’objet d’un suivi pour détecter les signaux précoces de tels changements.

KEYWORDS:

• biogeography
• climate change
• forest community composition
• species diversity

MOTS-CLÉS:

• biogéographie
• changement climatique
• composition des communautés forestières
• diversité spécifique

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Notes

1. See http://www.fs.fed.us/nrs/atlas/ Accessed: February 1, 2015