Effects of bioenergy on biodiversity arising from land-use change and crop type.

ABSTRACT

Understanding how the world's flora and fauna will respond to bioenergy expansion is critical. This issue is particularly pronounced considering bioenergy's potential role as a driver of land-use change, the variety of production crops being considered and currently used for biomass, and the diversity of ecosystems that can potentially supply land for bioenergy across the planet. We conducted 2 global meta-analyses to determine how 8 of the most commonly used bioenergy crops may affect site-level biodiversity. One search was directed at finding data on biodiversity in different production land uses and the other at extracting energy-yield estimates of potential bioenergy crops. We used linear mixed-effect models to test whether effects on biodiversity varied with different individual bioenergy crop species, estimated energy yield, first- or second-generation crops, type of reference ecosystem considered, and magnitude of vertical change in habitat structure between any given crop and the reference ecosystem. Species diversity and abundance were generally lower in crops considered for bioenergy relative to the natural ecosystems they may replace. First-generation crops, derived from oils, sugars, and starches, tended to have greater effects than second-generation crops, derived from lignocellulose, woody crops, or residues. Crop yield had nonlinear effects on abundance and, to a lesser extent, overall biodiversity; biodiversity effects were driven by negative yield effects for birds but not other taxa. Our results emphasize that replacing natural ecosystems with bioenergy crops across the planet will largely be detrimental for biodiversity, with first generation and high-yield crops having the strongest negative effects. We argue that meeting energy goals with bioenergy using existing marginal lands or biomass extraction within existing production landscapes may provide more biodiversity-friendly alternatives than conversion of natural ecosystems for biofuel production.

RESUMEN

RESUMEN Es de suma importancia entender cómo responderán la flora y la fauna mundial ante la expansión de la bioenergía. Este tema es acentuado particularmente si consideramos el papel potencial que tiene la bioenergía como causante del cambio en el uso de suelo, la variedad de producción de cultivos que se está considerando y que se usa actualmente para la biomasa y la diversidad de ecosistemas que potencialmente pueden proporcionar tierras para la bioenergía en todo el planeta. Realizamos dos meta-análisis mundiales para determinar cómo ocho de los cultivos que se usan con mayor frecuencia para la bioenergía podrían afectar a la biodiversidad a nivel de sitio. Una búsqueda estuvo dirigida al hallazgo de datos sobre la biodiversidad en diferentes usos de suelo para producción y la otra hacia la extracción de estimaciones de producción de energía de los cultivos potenciales para la bioenergía. Usamos modelos de efectos lineales mixtos para probar si los efectos sobre la biodiversidad variaron con diferentes especies individuales de cultivos para bioenergía, la producción de energía estimada, los cultivos de primera o segunda generación, el tipo de ecosistema de referencia considerado y la magnitud del cambio vertical en la estructura del hábitat entre cualquier cultivo dado y el ecosistema de referencia. La diversidad y la abundancia de especies fueron generalmente más bajas para los cultivos considerados para la bioenergía en relación con el ecosistema natural que podrían reemplazar. Los cultivos de primera generación, derivados de aceites, azúcares y almidones, tendieron a tener efectos más grandes que los cultivos de segunda generación, derivados de la lignocelulosa, cultivos leñosos o residuos. La producción de cultivos tuvo efectos no lineales sobre la abundancia y, a una menor extensión, sobre la biodiversidad en general; los efectos de la biodiversidad fueron causados por los efectos negativos de producción para las aves pero no para otros taxones. Nuestros resultados enfatizan que el reemplazo de ecosistemas naturales por cultivos para la bioenergía en todo el planeta será considerablemente perjudicial para la biodiversidad, con los efectos negativos más fuertes ocasionados por los cultivos de primera generación o de alta producción. Argumentamos que lograr los objetivos de energía por medio de bioenergía usando las tierras marginales existentes o la extracción de biomasa dentro de paisajes existentes de producción puede proporcionar alternativas más amigables para la biodiversidad que la conversión de los ecosistemas naturales para la producción de biocombustibles.