Estimating Climate Resilience for Conservation across Geophysical Settings

Conservationists need methods to conserve biological diversity while allowing species and communities to rearrange in response to a changing climate. We developed and tested such a method for northeastern North America that we based on physical features associated with ecological diversity and site resilience to climate change. We comprehensively mapped 30 distinct geophysical settings based on geology and elevation. Within each geophysical setting, we identified sites that were both connected by natural cover and that had relatively more microclimates indicated by diverse topography and elevation gradients. We did this by scoring every 405 ha hexagon in the region for these two characteristics and selecting those that scored >SD 0.5 above the mean combined score for each setting. We hypothesized that these high-scoring sites had the greatest resilience to climate change, and we compared them with sites selected by The Nature Conservancy for their high-quality rare species populations and natural community occurrences. High-scoring sites captured significantly more of the biodiversity sites than expected by chance (p < 0.0001): 75% of the 414 target species, 49% of the 4592 target species locations, and 53% of the 2170 target community locations. Calcareous bedrock, coarse sand, and fine silt settings scored markedly lower for estimated resilience and had low levels of permanent land protection (average 7%). Because our method identifies—for every geophysical setting—sites that are the most likely to retain species and functions longer under a changing climate, it reveals natural strongholds for future conservation that would also capture substantial existing biodiversity and correct the bias in current secured lands. Identificación de Sitios Duraderos para la Conservación Usando la Diversidad del Paisaje y las Conexiones Locales para Estimar la Capacidad de Recuperación al Cambio Climático RESUMEN: Los conservacionistas necesitan un método mediante el cual poder conservar la diversidad biológica mientras permiten que las especies y las comunidades se reorganicen con respecto al clima cambiante. Desarrollamos y probamos tal método, el cual basamos en características físicas asociadas con la diversidad ecológica y la capacidad de recuperación del sitio con respecto al cambio climático, en el noreste de Norteamérica. Mapeamos comprensivamente 30 escenarios geofísicos distintos basados en la geología y la elevación. Dentro de cada escenario geofísico identificamos sitios que estaban conectados por una cubierta natural y que tenían relativamente más microclimas indicados por la topografía diversa y los gradientes de elevación. Hicimos esto al puntuar cada hexágono de 450 ha en la región con estas dos características y al seleccionar aquellos que tuvieron una puntuación >SD 0.5 por encima del puntaje combinado promedio para cada escenario. Nuestra hipótesis fue que estos sitios con altas puntuaciones tuvieron la mayor capacidad de recuperación. Los comparamos con los sitios seleccionados por The Nature Conservancy por sus poblaciones de alta calidad de especies raras y sus ocurrencias de comunidades naturales. Los sitios con altos puntajes capturaron significativamente más de los sitios de biodiversidad de lo que se esperaba por casualidad (p < 0.0001): 75% de las 414 especies objetivo, 49% de las 4592 localidades de especies objetivo y 53% de las 2710 localidades de comunidades objetivo. Los escenarios de lecho rocoso calcáreo, arena gruesa y limo fino tuvieron puntos marcadamente más bajos para la capacidad de recuperación estimada y tuvieron niveles bajos de protección permanente de suelo (en promedio 7%). Ya que nuestro método identifica – para cada escenario geofísico – sitios que tienen mayor probabilidad de retener especies y funciones más tiempo bajo un clima cambiante, revela baluartes naturales para la conservación futura que también capturaría biodiversidad existente sustancial y corregiría el sesgo en tierras que actualmente están aseguradas.