Potential Distribution of Hearleaf Cocklebur (Xanthium strumarium L.) in Turkey Under Changing Climate

Öz

While SDMs (Species Distribution Models) have been increasingly used to identify and map current and future distribution areas of species at regional or global scale, their use in predicting potential distribution areas of native/weed species remains limited. Therefore, the potential distribution of Xanthium strumarium, which causes a lot of problems in agriculture and non-agricultural areas, has been investigated in this study. MaxEnt model in a hierarchical fashion was used to map the current and future potential distribution of the species in Turkey. The model was calibrated on global scale and projected for Turkey. The distribution of X. strumarium was predicted for the current and future (2030, 2050, 2070, 2100) climatic conditions. The climatic data generated by two global circulation models (GCM), namely the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO_mk3_6_0) and Interdisciplinary Research on Climate (MIROC_MIROC5) was used in the study. At the same time, the distribution areas were estimated under two different climate change scenarios, i.e., representative concentration pathways (RCP), RCP2.6 (moderate climate change) and RCP8.5 (severe climate change). The results predicted that the X. strumarium will increase its distribution steadily in the country in future. Nevertheless, the results predicted that the range of the species will remain consistent to the current distribution ranges of the species, whereas global warming will increase the distribution areas of the species where it is still absent.

Anahtar Kelimeler

• climate change
• Xanthium strumarium
• distribution models
• Türkiye

İklim Değişikliğine Bağlı Olarak Xanthium strumarium L.’ un Türkiye'de Gelecekte Dağılım Alanlarının Belirlenmesi

Öz

Tür Dağılım Modelleri (TDM) bölgesel veya global ölçekte türlerin mevcut ve gelecekteki dağılım alanlarının belirlenmesinde ve haritalanmasında giderek daha fazla kullanılsa da yerli türlerin potansiyel dağılım alanlarının tahmininde kullanımı sınırlı kalmıştır. Bu nedenle, tarım ve tarım dışı alanlarda çok fazla soruna neden olan Xanthium strumarium L. (domuz pıtrağı)’un dağılım potansiyeli bu çalışmada araştırılmıştır. Yöntemde hiyerarşik modelleme tekniğine göre MaxEnt modeli kullanılmış ve modelin küresel ölçekte kalibresi yapıldıktan sonra model sadece Türkiye’ye yansıtılmıştır. X. strumarium’un dağılımı, ülkemizin mevcut ve gelecekteki (2030, 2050, 2070 ve 2100) iklim koşulları altında tahminleri yapılmıştır. Çalışmada iki küresel dolaşım modelinin (GCM), yani Commonwealth Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma (CSIRO_mk3_6_0) ile İklim Üzerindeki Disiplinlerarası Araştırma (MIROC_MIROC5) kuruluşları tarafından oluşturulan iklim verileri kullanılmıştır. Aynı zamanda, dağılım alanlarını iki farklı iklim değişikliği senaryosu, yani temsili konsantrasyon yolları olan, RCP2.6 (ılıman iklim değişikliği) ve RCP8.5 (şiddetli iklim değişikliği) senaryoları esas alınarak tahmin edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre X. strumarium yabancı otunun ülkemizde gelecekte istikrarlı bir artış göstereceği tahmin edilmiştir. Bu artış küresel ısınmayla mevcut iklim alanlarına benzerlik gösterecek olan alanlarda daha fazla istilaya sebep olabilecektir.

Anahtar Kelimeler

• iklim değişikliği
• Xanthium strumarium
• modelleme
• Türkiye

Kaynakça

1. Akça A., Işık D., (2016). Kayseri ili şeker pancarı (Beta vulgaris L.) ekiliş alanlarında bulunan yabancı otların tespiti. Bitki Koruma Bülteni, 56(1),115-124
2. Alberto A.M., Ziska L.H., Cervancia C.R., Manalo P.A., (1996). The influence of increasing carbon dioxide and temperature on competitive interactions between a C3 crop, rice (Oryza sativa) and a C4 weed (Echinochloa glabrescens). Functional Plant Biology, 23(6), 795-802.
3. Allouche O., Tsoar A., Kadmon R. (2006). Assessing the accuracy of species distribution models: Prevalence, KAPPA and the True Skill Statistic (TSS). Journal of Applied Ecology, 43(6):1223-1232.
4. Araujo M.B., Guisan A., (2006). Five (or so) challenges for species distribution modelling. J Biegeogr, 33, 1677-1688.
5. Araujo M.B., New M., (2007). Ensemble forecasting of species distributions. Trends Ecol Evol, 22, 42-47.
6. Arıkan L., Kitiş Y. E., Uludağ A., Zengin H. (2015). Antalya İli turunçgil bahçelerinde görülen yabancı otların yaygınlık ve yoğunluklarının belirlenmesi. 18(2), 12-22.
7. Atwater DZ., Ervine C., Barney JN. (2017). Climatic niche shifts are common in introduced plants. Nature Ecology & Evolution, doi:10.1038/s41559-017-0396-z
8. Başaran M.S., Yıldırım A., Serim A.T., (2011). Studies on weed warfare in Anise (Pimpinella anisum L.) fields in Burdur. Türkiye IV. Bitki Koruma Kongresi. 28- 30 Haziran 2011. p. 495, Kahramanmaraş.

9. Bergmann J., Pompe S., Ohlemüller R., Freiberg M., Klotz S., Kühn I. (2010). The Iberian Peninsula as a potential source for the plant species pool in Germany under projected climate change. Plant Ecology, 207(2), 191-201.
10. Bilgili A., Kadıoğlu İ., (2003). Tokat ve yöresinde patates (Solanum tuberosum L.)’te bulunan yabancı ot türleri, yaygınlık ve yoğunluklarının belirlenmesi. GOP. Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(2), 9-15.
11. Blackburn T.M., Lockwood J.L., Cassey P., (2015). The influence of numbers on invasion success. Mol Ecol, 24, 1942-1953.
12. Blackburn, T.M., Prowse T.A., Lockwood J.L., Cassey P., (2013). Propagule pressure as a driver of establishment success in deliberately introduced exotic species: Fact or artefact?.Biol Invasions, 15, 1459-1469.
13. Boz Ö. (2000). Aydın ili buğday ekim alanlarında bulunan yabancı otlar ile rastlama sıklıkları ve yoğunluklarının saptanması. Türkiye Herboloji Dergisi, 3(2), 1-11.
14. Bükün B., & Uygur F. N. (1997). Harran Ovası pamuk ekim alanlarında görülen yabancı otlarla en uygun mücadele zamanının saptanması amacıyla kritik periyodun belirlenmesi. Türkiye II. Herboloji Kongresi, 1-4 Eylül, 1997. İzmir-Ayvalık. Bildiriler Kitabı, 25-30.
15. Caswell H., Lensink R., Neubert M.G., (2003). Demography and dispersal: life table response experiments for invasion speed. Ecology, 84(8), 1968-1978.
16. Chen IC., Hill JK., Ohlemüller R., Roy DB., Thomas CD. (2011). Rapid range shifts of species associated with high levels of climate warming. Science, 333(6045):1024-1026.
17. Cimalová Š., Lososová Z. (2009). Arable weed vegetation of the northeastern part of the Czech Republic: effects of environmental factors on species composition. Plant Ecology, 203(1):45-57.
18. Coumou D., Rahmstorf S. (2012). A decade of weather extremes. Nature Climate Change, 2(7):491-496.
19. Davis P.H. (1975). Flora of Turkey and The East Aegean Islands. Edinburgh: University Press, 6, 44-45
20. Debouk H., De Bello F., Sebastià MT. (2015). Functional trait changes, productivity shifts and vegetation stability in mountain grasslands during a short-term warming. PloS one, 10(10):e0141899.
21. Erten L., Nemli Y., (1997). Zeytin fidanlıklarında görülen yabancı otlar ve yoğunluklarının belirlenmesi üzerinde çalışmalar. Türkiye II. Herboloji Kongresi, 1-4 Eylül, 1997. İzmir-Ayvalık. Bildiriler Kitabı. 133-140.
22. ESRI A. (2012). ArcGIS 10.1. Environmental Systems Research Institute, Redlands, CA.
23. Eşitmez B., Işık D., (2016). Kayseri İli Elma Bahçelerinde Görülen Yabancı Ot Türlerinin Belirlenmesi. Meyve Bilimi, 3(1), 1-9.
24. Evrendilek F., Doygun H., 2000. Assessing major ecosystem types and the challenge of sustainability in Turkey. Environmental Management, 26(5):479-489
25. Fielding AH., Bell JF. (1997). A review of methods for the assessment of prediction errors in conservation presence/absence models. Environmental Conservation, 24(1):38-49.
26. Gözcü D., Uludağ, A. (2005). Kahramanmaraş ili pamuk tarlalarında görülen yabancı ot türleri ve önemi. Türkiye Herboloji Dergisi, 8(1-2), 7-15.
27. Gueta T., Carmel Y., (2016). Quantifying the value of user-level data cleaning for big data: A case study using mammal distribution models. Ecol Inform, 34, 139-145.
28. Guisan, A., Thuiller W., (2005). Predicting species distribution: Offering more than simple habitat models. Ecol Lett, 8, 993-1009.
29. Guisan A., Zimmermann, N.E., (2000). Predictive habitat distribution models in ecology. Ecoll Modell, 135, 147-186. Hançerli L., Uygur F.N., 2017. Çukurova Bölgesi mısır ekim alanlarındaki yabancı ot türleri. Turkish Journal of Weed Science, 20(2), 55-60.
30. Hanzlik K., Gerowitt B. (2012). Occurrence and distribution of important weed species in German winter oilseed rape fields. Journal of Plant Diseases and Protection, 119(3):107-120.
31. Hepcan S., Hepcan C.C., Bouwma I.M., Jongman R.H.G., Ozkan M.B., (2009). Ecological networks as a new approach for nature conservation in Turkey: A case study of Izmir Province. Landscape & Urban Planning, 90:143–154.
32. Hijmans RJ., Cameron SE., Parra JL., Jones PG., Jarvis A. (2005). Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology, 25(15):1965-1978.
33. Holm L.G., Plunknett D.L., Pancho J.V., Herberger J.P., (1991) The world's worst weeds. Distribution and biology. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida. 609 pp
34. Işık D., Mennan H. (2007). Samsun ili soya fasülyesi (Glycina max (L.) Merr. ekim alanlarındaki yabancı otların tespiti. Türkiye II. Bitki Koruma Kongresi,152.
35. Jabran K., Doğan Mehmet N., Farooq S., Önen H. (2015). İklim Değişikliği ve İstilacı Bitkiler–Genel Bakış, Editör Önen, H. Türkiye İstilacı Bitkiler Kataloğu. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Bitki Sağlığı Araştırmaları Daire Başkanlığı, Ankara
36. Jentsch A., Kreyling J., Boettcher-Treschkow JR., Beierkuhnlein C. (2009). Beyond gradual warming: extreme weather events alter flower phenology of European grassland and heath species. Global Change Biology, 15(4):837-849.
37. Jimenez-Valverde A., Peterson A.T., Soberon J., Overton J.M., Aragon P., Lobo J.M. (2011). Use of niche models in invasive species risk assesments. Biol Invasions, 13, 2785-2797.
38. Jimenez-Valverde A., Peterson A.T., Soberon J., Overton J.M., Aragon P., Lobo, J.M. (2011). Use of niche models in invasive species risk assesments. Biol Invasions, 13, 2785-2797.
39. Jump AS., Penuelas J. (2005). Running to stand still: adaptation and the response of plants to rapid climate change. Ecology Letters, 8(9):1010-1020.
40. Kadıoğlu İ., Uluğ E. (1993). Akdeniz Bölgesi meyve fidanlıklarındaki yabancı otların belirlenmesi üzerinde araştırmalar. Türkiye I. Herboloji Kongresi Bildirileri, 3-5 Şubat, 1993, Adana, 163-174.
41. Kadıoğlu İ., Uluğ E., Üremiş İ. (1993). Akdeniz Bölgesi pamuk ekim alanlarında görülen yabancı otlar üzerinde araştırmalar. Türkiye I. Herboloji Kongresi, Kongre Bildirileri, 3-5 Şubat, 1993, Adana, 151-156.
42. Kadıoğlu İ., Uluğ E., Üremiş İ. (1997). Akdeniz Bölgesi yemeklik baklagillerinde (nohut, fasulye) görülen yabancı otlar ile yaygınlık ve yoğunluklarının belirlenmesi. Türkiye II. Herboloji Kong. Bild, 1-4 Eylül, 1997, İzmir-Ayvalık. 195-203.
43. Kang MS., Banga SS. (eds.). (2013). Combating climate change: an agricultural perspective. CRC Press
44. Kaya İ., Nemli Y. (2002). Aydın ili önemli pamuk ekiliş alanlarında sorun olan yabancı otların saptanması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Tarım Bilimleri Dergisi, 12(1), 37-40.
45. Kaya İ., Nemli Y., (2002). Aydın ili önemli pamuk ekiliş alanlarında sorun olan yabancı otların saptanması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Tarım Bilimleri Dergisi, 12(1), 37-40.
46. Kılıç Ö. K. (2016). Niğde Yöresinde patateste (Solanum tuberosum L.) sorun olan yabancı ot türlerinin yaygınlık ve yoğunluklarının belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni, 56(4), 417-428.
47. Kriticos, D.J., Watt M.S., Potter K.J.B., Manning L.K., Alexander N.S., Tallent-Halsell N., (2011). Managing invasive weeds under climate change: Considering the current and potential future distribution of Buddleja davidii. Weed Research, 51:85-96.
48. Lee J.M. (1996) Common cocklebur Xanthium strumarium. Iowa State University,The ISU Weed Biology Library, Agronomy 517: Weed Biology and Ecology. Website:http://agronwww.agron.iastate.edu/~weeds/weedbiollibrary/u4cockle1.html Macfadyen S., Kriticos D.J., (2012). Modelling the geographical range of a species with variable life-history. PLoS One, doi: 10.1371/journal.pone.0040313 7.
49. Özaslan C., Kendal E. (2014). Lice domatesi üretim alanlarındaki yabancı otların belirlenmesi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(3), 29-34.
50. Önen H., Farooq S., 2015. Current status and future prospects of invasive plants in Turkey. CIHEAM Watch Letter, 33
51. Önen H., Sayılı M., Özcan S., 2010. İklim değişikliğine bağlı olarak yabancı ot mücadelesi. iklim değişikliğinin tarıma etkileri ve alınabilecek önlemler. TC Kayseri Valiliği İl Tarım Müdürlüğü Yayınları, (2), 336-357.
52. Pacifici K., Reich B.J., Miller D.A.W., Gardner B., Stauffer G., Singh S., McKerrow, A., Collazo J.A., (2017) Integrating multiple data sources in species distribution modeling: a framework for data fusion. Ecology, 98,840-850.
53. Pearson RG., Dawson TP. (2003). Predicting the impacts of climate change on the distribution of species: are bioclimate envelope models useful?. Global Ecology and Biogeography, 12(5):361-371.
54. Peters K., Breitsameter L., Gerowitt B. (2014). Impact of climate change on weeds in agriculture: a review. Agronomy for Sustainable Development, 34(4):707-721.
55. Petit S., Boursault A., Le Guilloux M., Munier-Jolain N., Reboud X. (2011). Weeds in agricultural landscapes. A review. Agronomy for Sustainable Development, 31:309–317.
56. Petitpierre B., Kueffer C., Broennimann O., Randin C., Daehler C., Guisan A. (2012). Climatic niche shifts are rare among terrestrial plant invaders. Science, 335(6074):1344-1348.
57. Rasmussen K., Thyrring J., Muscarella R., Borchsenius F. (2017). Climate-change-induced range shifts of three allergenic ragweeds (Ambrosia L.) in Europe and their potential impact on human health. PeerJ, 5:e3104.
58. Saltabaş A., Zengin, H. (2001). Erzincan ili fasulye ekim alanlarında sorun olan yabancı otların tespiti ve mücadelede kritik periyodun belirlenmesi. Türkiye Herboloji Dergisi, 4(2), 1-10.
59. Shabani, F., Kumar L., Taylor, S., (2012). Climate Change Impacts on the Future Distribution of Date Palms: A Modeling Exercise Using CLIMEX. PLoS One, 7(10), e48021.
60. Sırma M., Kadıoglu İ., Yanar Y., (2001). Tokat ili domates ekim alanlarında saptanan önemli yabancı ot türlerinin rastlanma sıklığı ve yoğunlukları. Herboloji Dergisi, ADANA, 4(1), 39-47.
61. Šilc U., Vrbničanin S., Božić D., Čarni A., Stevanović ZD. (2009). Weed vegetation in the north-western Balkans: diversity and species composition. Weed Research, 49(6):602-612.
62. Simberloff D., 2009. The role of propagule pressure in biological invasions. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 40, 81-102.
63. Skov F., Svenning JC. (2004). Potential impact of climatic change on the distribution of forest herbs in Europe. Ecography, 27(3):366-380.
64. Şekercioğlu Ç.H., Anderson S., Akçay, E., Bilgin, R., Can, Ö.E., Semiz, G., Tavşanoĝlu, Ç., Yokeş M.B., Soyumert, A., Ipekdal K., Saĝlam I.K., Yücel M., Nüzhet Dalfes H., (2011). Turkey’s globally important biodiversity in crisis. Biological Conservation, 144(12),2752-2769
65. Taylor S., Kumar L., Reid N., Kriticos D.J., (2012). Climate change and the potential distribution of an invasive shrub, Lantana camara L.. PLoS One 7(4), e35565.
66. Thuiller W., Albert C., Araujo M.B., Berry P.M., Cabeza M., Guisan A., Hickler, T., Midgley, G.F., Paterson, J., Schurr, F.M., Sykes, M.T., Zimmermann .E., (2008). Predicting global change impacts on plant species’ distrubions: Future challenges. Perspect Plant Ecol Evol Syst, 9, 137-152.
67. Tikhonov G., Abrego N., Dunson D., Ovaskainen O., 2017. Using joint species distrubitions models for evaluating how species-to-species associations depend on the environmental context. Methods Ecol Evol, 8, 443-452.
68. Torun H., (2017). Doğu Akdeniz Bölgesi’nde minör ürünler olan yaprağı yenen sebzelerde bulunan yabancı ot türleri ile rastlanma sıklıklarının ve yoğunluklarının belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni, 57(3), 279-291.
69. Tubiello FN., Soussana JF., Howden SM. (2007). Crop and pasture response to climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(50):19686-19690.
70. Tylianakis JM., Didham RK., Bascompte J., Wardle DA. (2008). Global change and species interactions in terrestrial ecosystems. Ecology Letters, 11(12):1351-1363.
71. Uremis I. (2005). Determination of weed species and their frequency and density in olive groves in Hatay province of Turkey. Pakistan Journal of Biological Sciences, 8(1), 164-167.
72. Uzun A., Topuz, M. (1997). Ege Bölgesi pamuk alanlarında sorun olan bazı yabancı otların popülasyon değişimi ve trifluraline duyarlılık azalmasının belirlenmesi üzerinde araştırmalar. Türkiye II. Herboloji Kongresi, 1-4Eylül 1997, Ayvalık-İzmir
73. Üremiş, İ., Uygur F.N., (2002). Çukurova Bölgesi’ndeki farklı toprak bünyesine sahip tarlalarda bulunan yabancı ot türleri topraktaki tohum miktarı ve bitki oluşturma oranları. Türkiye Herboloji Dergisi, 5, 1-12.
74. Walck JL., Hidayati SN., Dixon KW., Thompson KEN., Poschlod P. (2011). Climate change and plant regeneration from seed. Global Change Biology, 17(6):2145-2161.
75. Walther GR., Roques A., Hulme PE., Sykes MT., Pyšek P., Kühn I., Czucz B. (2009). Alien species in a warmer world: risks and opportunities. Trends in Ecology & Evolution, 24(12):686-693.
76. Zimmermann N.E., Edwards, T.C., Graham C.E., Pearman P.B., Svenning J.C. (2010). New trends in species distribution modelling. Ecography, 33, 985-989.
77. Zimmermann N.E., Edwards, T.C., Graham, C.E., Pearman, P.B., Svenning, J.C., (2010). New trends in species distribution modelling. Ecography, 33, 985-989.
78. Ziska L.H., Bunce J.A., (1993). The influence of elevated CO2 and temperature on seed germination and emergence from soil. Field Crops Research, 34(2), 147-157.
79. Ziska L.H., Bunce J.A., (1997). Influence of increasing carbon dioxide concentration on the photosynthetic and growth stimulation of selected C4 crops and weeds. Photosynthesis Research, 54(3), 199-208.