Effects of human land use on avian functional and taxonomic diversity within the upland coastal zone of the North American Great Lakes

Breeding birds in North America’s eastern and boreal forests have experienced significant population declines in recent decades due largely to habitat loss. The North American Great Lakes coastal zone provides critical stopover and breeding habitat for millions of migratory and resident birds with diverse life history traits. Extensive human land use in this region has resulted in significant forest loss. To understand how functional and taxonomic diversity of breeding bird communities have been affected by agriculture and urbanization in this region, we calculated measures of functional diversity, Shannon’s diversity index, and species richness along a gradient of human land use intensity. We analyzed bird survey data collected at 2982 locations within 1 km of the shoreline where upland forest was the dominant habitat. We used hierarchical partitioning to determine the extent to which spatial confounding factors (i.e., broad climatic and biogeographic gradients across the five Great Lakes) accounted for observed differences in diversity measures, and then used fourth-corner analysis to describe the relationship between species, functional traits, and land cover types. Although spatial confounding factors accounted for some variation, functional evenness, species richness, and Shannon’s diversity index declined significantly with increasing human land use. Species negatively associated with increasing human land use were those that eat primarily invertebrates by foraging on foliage or bark (75%) and species categorized as long-distance migrants (58%), which suggests increased vulnerability of forest-dependent species to habitat modification and reductions in habitat availability. Functional evenness declined with increasing human land use, while other measures of functional diversity (functional dispersion and Rao’s quadratic entropy) remained relatively constant. Understanding the disconnect between functional and taxonomic diversity of bird assemblages and quantifying the degree of resilience of functional community properties is critical for predicting long-term effects of both habitat loss and ecological restoration on biodiversity and ecosystem function. Effets de l'utilisation des terres par l'homme sur la diversité fonctionnelle et taxonomique de l'avifaune dans les hautes-terres côtières des Grands Lacs d'Amérique du Nord RÉSUMÉ. Les oiseaux nicheurs des forêts orientales et boréales d'Amérique du Nord ont connu des baisses de population importantes au cours des dernières décennies, en grande partie à cause de la perte d'habitat. La zone côtière des Grands Lacs de l'Amérique du Nord offre de l’habitat indispensable pour les haltes migratoires et la reproduction de millions d'oiseaux migrateurs et résidents dont le cycle biologique est diversifié. L'utilisation extensive des terres par l'homme dans cette région a entraîné une perte importante de forêts. Pour comprendre comment la diversité fonctionnelle et taxonomique des communautés d'oiseaux nicheurs a été affectée par l'agriculture et l'urbanisation dans cette région, nous avons calculé les mesures de la diversité fonctionnelle, l'indice de diversité de Shannon et la richesse spécifique le long d'un gradient d'intensité de l'utilisation des terres par l’homme. Nous avons analysé les données de relevés d’oiseaux recueillies à 2 982 endroits situés à moins d'un kilomètre du rivage où la forêt en terrain sec était l'habitat dominant. Nous avons utilisé le partitionnement hiérarchique pour déterminer dans quelle mesure les facteurs spatiaux confondant (c.-à-d. les grands gradients climatiques et biogéographiques dans les cinq Grands Lacs) expliquaient les différences observées dans les mesures de diversité, puis avons utilisé l'analyse du quatrième coin pour décrire la relation existante entre les espèces, les traits fonctionnels et les types de couverture terrestre. Bien que les facteurs spatiaux confondant aient expliqué une certaine variation, l'uniformité fonctionnelle, la richesse spécifique et l'indice de diversité de Shannon ont diminué de manière significative avec l'augmentation de l'utilisation humaine des terres. Les espèces qui ont été négativement associées à l'augmentation de l'utilisation des terres par l'homme étaient celles qui mangent principalement des invertébrés en se nourrissant de feuillage ou d'écorce (75 %) et les espèces migrant sur de longues distances (58 %), résultat qui laisse entrevoir une vulnérabilité accrue des espèces dépendantes de la forêt à la modification de l'habitat et à la réduction de sa disponibilité. L'uniformité fonctionnelle a diminué avec l'augmentation de l'utilisation des terres par l'homme, tandis que d'autres mesures de la diversité fonctionnelle (dispersion fonctionnelle et entropie quadratique de Rao) sont restées relativement constantes. La compréhension de la déconnexion entre la diversité fonctionnelle et taxonomique des assemblages d'oiseaux et la quantification du degré de résilience des propriétés fonctionnelles des communautés sont essentielles pour qu’on puisse prévoir les effets à long terme de la perte d'habitat et de la restauration écologique sur la biodiversité et la fonction des écosystèmes.