Impact of alien species
Université de Fribourg SPR
- Volery, Lara
- Bacher, Sven (Degree supervisor)
- Fribourg, Switzerland, 2022
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Thèse: Université de Fribourg (Suisse), 2021
English
French
Alien species are species accidentally or intentionally translocated by human activities, such as trade or tourism, to new areas where they do not occur naturally. With globalization, the number of established alien species worldwide is in constant augmentation and is expected to massively increase in the next decades, as overall biosecurity policies do not seem efficient enough to halt or slow their invasion. Alien species are widely recognized as one of the major drivers of the current biodiversity loss; their environmental impacts are diverse as they can occur through a wide range of mechanisms and affect different native taxa in all environments. Quantifying and comparing impacts across alien taxa is essential for effectively prioritizing the most harmful aliens for management, and for improving our understanding of impacts to develop models predicting their future impacts. However, expressing their diverse impacts in standardized metrics across alien taxa and environments is very challenging.
The International Union for Conservation of Nature (IUCN) Environmental Impact Classification for Alien Taxa (EICAT) framework provides a generic tool which compares the environmental impacts of alien species using five semi-quantitative scenarios, based on their impacts on native populations. Because impacts of alien species are usually measured by comparing snapshot estimates between invaded and uninvaded states, EICAT primarily relies on punctual impacts and does not discriminate between stable, increasing or decreasing impacts. This information is, however, crucial for management and for developing predictive models.
This thesis comprises four chapters. Chapter 1 presents a conceptual framework to account for temporal dynamics when quantifying impacts of alien species: it provides two impact metrics, one measuring impact magnitude and one measuring the rate of change in impacts. Our framework readily allows for comparisons of alien species’ impacts across time, taxa, and regions, as well as with impacts caused by other stressors, such as climate change or pollution. Chapter 2 aims at improving our mechanistic understanding of impacts by providing a classification for impact mechanisms of alien species, which shows that many indirect mechanisms have been overlooked in existing studies. This chapter is expected to be particularly useful for management, as understanding the mechanisms of impacts can help to develop alternative measures to mitigate impacts when alien eradication is not feasible or wanted. Chapters 3 and 4 focus on the application of EICAT. In Chapter 3, we explain the rationales behind the revisions that were brought to the initial EICAT guidelines after an IUCN-wide consultation process; this is to ensure consistency in EICAT assessments and to improve the understanding of the framework. Finally, in Chapter 4, we used the EICAT framework to classify and compare the environmental impacts caused by alien ungulates, a widely introduced group. We found that alien ungulates caused significant impacts: all species, except one, were found to cause at least one decline in a native population, and eight species caused at least one native local extinction. We then developed a method for measuring the risk of each species to cause native population declines or extinctions, to compare alien species by accounting for context-dependency in their impacts. Based on these findings, I propose to revise the IUCN EICAT framework to integrate temporal dynamics of impacts and to better describe their mechanisms. Such modifications will likely improve the relevance and usefulness of EICAT for conservation purposes; it would also make the framework more informative for future investigation of context-dependency in impacts and would thereby facilitate the development of predictive models for the impacts of alien species. Although mainly conceptual, this work also has practical implications regarding impact measurements, prioritization of alien species for management, and the development of new management strategies. On appelle ‘espèces exotiques’ les espèces qui ont été transportées accidentellement ou volontairement, par les activités humaines telles que le commerce ou le tourisme dans des régions où elles n’apparaissent pas naturellement. Avec la globalisation, le nombre d’espèces exotiques n’a cessé d’augmenter jusqu’à présent. Les politiques de biosécurité ne semblant pas assez efficaces pour freiner leur invasion, ce nombre va encore augmenter massivement dans les décennies à venir. Les espèces exotiques sont une des causes principales de la perte global de biodiversité qui est en cours : leurs impacts environnementaux sont très variés, puisqu’ils peuvent être causés par beaucoup de mécanismes différents, et affecter de nombreuses espèces indigènes dans tous types d’environnements. Afin de prioritiser efficacement les espèces exotiques les plus néfastes pour la biodiversité et de pouvoir développer des modèles pour prédire leurs futurs impacts, il est essential de quantifier et comparer leurs impacts. Cependant, trouver des mesures standardisées qui quantifient ces impacts extrêmement variés, causés par de nombreuses espèces exotiques dans de nombreux environnements, est très complexe.
La classification EICAT (Environmental Impact Classification for Alien Taxa) de l’Union Internationale pour la Conservation de la Nature (UICN) offre une méthode qui compare les impacts environnementaux des espèces exotiques en les classant dans cinq scénarios semi-quantitatifs, en fonction de leurs impacts sur les espèces indigènes. Puisque les impacts des espèces exotiques sont généralement quantifiés en comparant des mesures prises à un moment précis dans des sites envahis par l’espèce exotique et non-envahis, EICAT ne se base que sur des mesures ponctuelles d’impacts et ne différencie pas les impacts stables des impacts croissants ou décroissants. La variation temporelle de l’impact est pourtant une information cruciale pour la gestion des espèces exotiques et pour mieux comprendre leurs impacts.
Cette thèse comprend quatre chapitres. Le Chapitre 1 présente un cadre conceptuel pour quantifier les impacts des espèces exotiques en prenant en compte leur variation temporelle : nous y proposons deux mesures d’impacts, une pour la magnitude d’impact (à un moment précis), et une pour le taux de variation (temporelle) de l’impact. Ces mesures permettent de comparer les impacts entre espèces exotiques et entre habitats impactés, et de comparer les impacts des espèces exotiques aux impacts causés par d’autres facteurs environnementaux, tels que le changement climatique ou la pollution. Le Chapitre 2 a pour but d’améliorer la compréhension des mécanismes d’interactions entre les espèces exotiques et indigènes, en offrant une nouvelle classification de ces mécanismes et en démontrant que beaucoup de mécanismes indirects ont été ignorés jusqu’ici. Ce chapitre est destiné à être particulièrement utile à la gestion des espèces exotiques, car il devrait permettre de développer des mesures alternatives à l’éradication des espèces exotiques, dans les cas où cette dernière n’est pas faisable ou désirée par la société. Les Chapitres 3 et 4 concernent l’application de la classification EICAT. Le Chapitre 3 décrit les raisons qui ont amené à la révision de la classification EICAT, après un processus de consultation de l’UICN. Le but de ce chapitre est d’assurer la cohérence de la classification EICAT et d’en améliorer la compréhension. Enfin, le Chapitre 4 utilise EICAT pour classer et comparer les impacts environnementaux causés par les ongulés exotiques, un groupe extensivement introduit dans le monde entier. À part une, toutes les espèces d’ongulés ont causé au moins un déclin local d’une espèce indigène dans leurs nouveaux environnements, et huit espèces ont causé au moins une extinction locale. Ces résultats nous ont permis de développer une méthode pour mesurer le risque de chaque espèce de causer un déclin ou une extinction locale d’une espèce indigène.
Finalement, sur la base de ce travail, je suggère de modifier la classification EICAT de l’UICN afin d’y intégrer la variation temporelle des impacts et de mieux décrire les différentes interactions entre espèces exotiques et indigènes. Ces modifications pourraient améliorer la pertinence et l’utilité d’EICAT pour la gestion des espèces exotiques et la préservation de la biodiversité. De plus, la classification pourrait alors contenir des informations cruciales pour mener des analyses sur comment et pourquoi les impacts des espèces exotiques varient d’un contexte à un autre, et ainsi faciliter le développement de modèles prédictifs. Bien qu’essentiellement conceptuel, ce travail a aussi des implications pratiques, car il aborde les mesures d’impacts, la priorisation des espèces exotiques pour leur gestion, et le développement de nouvelles stratégies pour leur gestion.
The International Union for Conservation of Nature (IUCN) Environmental Impact Classification for Alien Taxa (EICAT) framework provides a generic tool which compares the environmental impacts of alien species using five semi-quantitative scenarios, based on their impacts on native populations. Because impacts of alien species are usually measured by comparing snapshot estimates between invaded and uninvaded states, EICAT primarily relies on punctual impacts and does not discriminate between stable, increasing or decreasing impacts. This information is, however, crucial for management and for developing predictive models.
This thesis comprises four chapters. Chapter 1 presents a conceptual framework to account for temporal dynamics when quantifying impacts of alien species: it provides two impact metrics, one measuring impact magnitude and one measuring the rate of change in impacts. Our framework readily allows for comparisons of alien species’ impacts across time, taxa, and regions, as well as with impacts caused by other stressors, such as climate change or pollution. Chapter 2 aims at improving our mechanistic understanding of impacts by providing a classification for impact mechanisms of alien species, which shows that many indirect mechanisms have been overlooked in existing studies. This chapter is expected to be particularly useful for management, as understanding the mechanisms of impacts can help to develop alternative measures to mitigate impacts when alien eradication is not feasible or wanted. Chapters 3 and 4 focus on the application of EICAT. In Chapter 3, we explain the rationales behind the revisions that were brought to the initial EICAT guidelines after an IUCN-wide consultation process; this is to ensure consistency in EICAT assessments and to improve the understanding of the framework. Finally, in Chapter 4, we used the EICAT framework to classify and compare the environmental impacts caused by alien ungulates, a widely introduced group. We found that alien ungulates caused significant impacts: all species, except one, were found to cause at least one decline in a native population, and eight species caused at least one native local extinction. We then developed a method for measuring the risk of each species to cause native population declines or extinctions, to compare alien species by accounting for context-dependency in their impacts. Based on these findings, I propose to revise the IUCN EICAT framework to integrate temporal dynamics of impacts and to better describe their mechanisms. Such modifications will likely improve the relevance and usefulness of EICAT for conservation purposes; it would also make the framework more informative for future investigation of context-dependency in impacts and would thereby facilitate the development of predictive models for the impacts of alien species. Although mainly conceptual, this work also has practical implications regarding impact measurements, prioritization of alien species for management, and the development of new management strategies. On appelle ‘espèces exotiques’ les espèces qui ont été transportées accidentellement ou volontairement, par les activités humaines telles que le commerce ou le tourisme dans des régions où elles n’apparaissent pas naturellement. Avec la globalisation, le nombre d’espèces exotiques n’a cessé d’augmenter jusqu’à présent. Les politiques de biosécurité ne semblant pas assez efficaces pour freiner leur invasion, ce nombre va encore augmenter massivement dans les décennies à venir. Les espèces exotiques sont une des causes principales de la perte global de biodiversité qui est en cours : leurs impacts environnementaux sont très variés, puisqu’ils peuvent être causés par beaucoup de mécanismes différents, et affecter de nombreuses espèces indigènes dans tous types d’environnements. Afin de prioritiser efficacement les espèces exotiques les plus néfastes pour la biodiversité et de pouvoir développer des modèles pour prédire leurs futurs impacts, il est essential de quantifier et comparer leurs impacts. Cependant, trouver des mesures standardisées qui quantifient ces impacts extrêmement variés, causés par de nombreuses espèces exotiques dans de nombreux environnements, est très complexe.
La classification EICAT (Environmental Impact Classification for Alien Taxa) de l’Union Internationale pour la Conservation de la Nature (UICN) offre une méthode qui compare les impacts environnementaux des espèces exotiques en les classant dans cinq scénarios semi-quantitatifs, en fonction de leurs impacts sur les espèces indigènes. Puisque les impacts des espèces exotiques sont généralement quantifiés en comparant des mesures prises à un moment précis dans des sites envahis par l’espèce exotique et non-envahis, EICAT ne se base que sur des mesures ponctuelles d’impacts et ne différencie pas les impacts stables des impacts croissants ou décroissants. La variation temporelle de l’impact est pourtant une information cruciale pour la gestion des espèces exotiques et pour mieux comprendre leurs impacts.
Cette thèse comprend quatre chapitres. Le Chapitre 1 présente un cadre conceptuel pour quantifier les impacts des espèces exotiques en prenant en compte leur variation temporelle : nous y proposons deux mesures d’impacts, une pour la magnitude d’impact (à un moment précis), et une pour le taux de variation (temporelle) de l’impact. Ces mesures permettent de comparer les impacts entre espèces exotiques et entre habitats impactés, et de comparer les impacts des espèces exotiques aux impacts causés par d’autres facteurs environnementaux, tels que le changement climatique ou la pollution. Le Chapitre 2 a pour but d’améliorer la compréhension des mécanismes d’interactions entre les espèces exotiques et indigènes, en offrant une nouvelle classification de ces mécanismes et en démontrant que beaucoup de mécanismes indirects ont été ignorés jusqu’ici. Ce chapitre est destiné à être particulièrement utile à la gestion des espèces exotiques, car il devrait permettre de développer des mesures alternatives à l’éradication des espèces exotiques, dans les cas où cette dernière n’est pas faisable ou désirée par la société. Les Chapitres 3 et 4 concernent l’application de la classification EICAT. Le Chapitre 3 décrit les raisons qui ont amené à la révision de la classification EICAT, après un processus de consultation de l’UICN. Le but de ce chapitre est d’assurer la cohérence de la classification EICAT et d’en améliorer la compréhension. Enfin, le Chapitre 4 utilise EICAT pour classer et comparer les impacts environnementaux causés par les ongulés exotiques, un groupe extensivement introduit dans le monde entier. À part une, toutes les espèces d’ongulés ont causé au moins un déclin local d’une espèce indigène dans leurs nouveaux environnements, et huit espèces ont causé au moins une extinction locale. Ces résultats nous ont permis de développer une méthode pour mesurer le risque de chaque espèce de causer un déclin ou une extinction locale d’une espèce indigène.
Finalement, sur la base de ce travail, je suggère de modifier la classification EICAT de l’UICN afin d’y intégrer la variation temporelle des impacts et de mieux décrire les différentes interactions entre espèces exotiques et indigènes. Ces modifications pourraient améliorer la pertinence et l’utilité d’EICAT pour la gestion des espèces exotiques et la préservation de la biodiversité. De plus, la classification pourrait alors contenir des informations cruciales pour mener des analyses sur comment et pourquoi les impacts des espèces exotiques varient d’un contexte à un autre, et ainsi faciliter le développement de modèles prédictifs. Bien qu’essentiellement conceptuel, ce travail a aussi des implications pratiques, car il aborde les mesures d’impacts, la priorisation des espèces exotiques pour leur gestion, et le développement de nouvelles stratégies pour leur gestion.
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- Faculté des sciences et de médecine
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- Classification
- Biological sciences
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