• Energy Research

Abstract Simulated climate-warming experiments have provided important insights into the response of terrestrial ecosystems, but few have examined the impacts on agricultural insects, particularly those associated with the ecosystem service of biological pest control. Within a spring-sown wheat crop, we artificially increased temperature by 2 °C and precipitation by 10% in a short-term (April to August 2013) replicated open-field experiment and examined the impacts on coleopteran (mainly Carabidae) diversity and ‘activity-densities’. Diversity indices decreased as a result of warming but were not affected by extra precipitation. We found a significant increase in activity-densities of the four most trapped species due to warming, which was responsible for observed changes in diversity. However, Staphylinidae beetles were negatively affected by the warming treatments while other, less common species were not affected. We provide the first experimental evidence of climate-driven impacts on an important farmland insect community. We discuss the implications of our results in the context of biological control and top-down effects across trophic levels.

Le défi mondial consistant à nourrir deux milliards de personnes supplémentaires d'ici 2050, en utilisant des pratiques agricoles plus durables tout en faisant face aux incertitudes liées aux changements environnementaux, nécessite une transformation des systèmes alimentaires. Nous présentons une nouvelle perspective sur la façon dont les progrès de la science des réseaux peuvent fournir de nouvelles façons de mieux comprendre, exploiter et restaurer de multiples processus écologiques dans les environnements agricoles. Nous décrivons : (i) un cadre axé sur les réseaux pour la gestion des agro-écosystèmes qui tient compte des multiples interactions entre la biodiversité et les services écosystémiques associés ; (ii) des conseils pour intégrer les facteurs socio-économiques dans les réseaux écologiques ; et (iii) le potentiel d'améliorer les méthodes de réseau pour éclairer les efforts visant à renforcer la résilience, y compris les chaînes mondiales d'approvisionnement alimentaire. Ce faisant, nous visons à faciliter l'application de la science des réseaux en tant que moyen basé sur les systèmes pour relever les défis d'assurer une distribution équitable de la nourriture. El desafío global de alimentar a dos mil millones de personas más para 2050, utilizando prácticas agrícolas más sostenibles y lidiando con las incertidumbres asociadas con el cambio ambiental, requiere una transformación de los sistemas alimentarios. Presentamos una nueva perspectiva sobre cómo los avances en la ciencia de redes pueden proporcionar formas novedosas de comprender, aprovechar y restaurar mejor múltiples procesos ecológicos en entornos agrícolas. Describimos: (i) un marco centrado en la red para la gestión de agroecosistemas que tiene en cuenta las múltiples interacciones entre la biodiversidad y los servicios ecosistémicos asociados; (ii) orientación para incorporar factores socioeconómicos en las redes ecológicas; y (iii) el potencial de ampliar los métodos de red para informar los esfuerzos para desarrollar la resiliencia, incluidas las cadenas mundiales de suministro de alimentos. Al hacerlo, nuestro objetivo es facilitar la aplicación de la ciencia de redes como una forma basada en sistemas para abordar los desafíos de garantizar una distribución equitativa de los alimentos. The global challenge of feeding two billion more people by 2050, using more sustainable agricultural practices whilst dealing with uncertainties associated with environmental change, requires a transformation of food systems. We present a new perspective for how advances in network science can provide novel ways to better understand, harness, and restore multiple ecological processes in agricultural environments. We describe: (i) a network-focused framework for managing agro-ecosystems that accounts for the multiple interactions between biodiversity and associated ecosystem services; (ii) guidance for incorporating socio-economic factors into ecological networks; and (iii) the potential to upscale network methods to inform efforts to build resilience, including global food-supply chains. In doing so we aim to facilitate the application of network science as a systems-based way to tackle the challenges of securing an equitable distribution of food. يتطلب التحدي العالمي المتمثل في إطعام ملياري شخص إضافي بحلول عام 2050، باستخدام ممارسات زراعية أكثر استدامة مع التعامل مع الشكوك المرتبطة بالتغير البيئي، تحويل النظم الغذائية. نقدم منظورًا جديدًا لكيفية توفير التقدم في علم الشبكات لطرق جديدة لفهم وتسخير واستعادة العمليات البيئية المتعددة في البيئات الزراعية بشكل أفضل. نحن نصف: (1) إطار عمل يركز على الشبكة لإدارة النظم الإيكولوجية الزراعية التي تمثل التفاعلات المتعددة بين التنوع البيولوجي وخدمات النظم الإيكولوجية المرتبطة به ؛ (2) إرشادات لدمج العوامل الاجتماعية والاقتصادية في الشبكات الإيكولوجية ؛ و (3) إمكانية الارتقاء بأساليب الشبكة لتوجيه الجهود الرامية إلى بناء القدرة على الصمود، بما في ذلك سلاسل الإمدادات الغذائية العالمية. وبذلك نهدف إلى تسهيل تطبيق علم الشبكات كطريقة قائمة على الأنظمة لمواجهة تحديات تأمين التوزيع العادل للغذاء.

AbstractIt is unclear how sustained increases in temperature and changes in precipitation, as a result of climate change, will affect crops and their interactions with agricultural weeds, insect pests and predators, due to the difficulties in quantifying changes in such complex relationships. We simulated the combined effects of increasing temperature (by an average of 1.4°C over a growing season) and applying additional rainwater (10% of the monthly mean added weekly, 40% total) using a replicated, randomized block experiment within a wheat crop. We examined how this affected the structure of 24 quantitative replicate plant–aphid–parasitoid networks constructed using DNA‐based methods. Simulated climate warming affected species richness, significantly altered consumer–resource asymmetries and reduced network complexity. Increased temperature induced an aphid outbreak, but the parasitism rates of aphids by parasitoid wasps remained unchanged. It also drove changes in the crop, altering in particular the phenology of the wheat as well as its quality (i.e., fewer, lighter seeds). We discuss the importance of considering the wider impacts of climate change on interacting species across trophic levels in agroecosystems.