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为探究亚高山森林火灾后植物群落动态的驱动因素，研究人员以青藏高原东南部亚高山森林为对象，开展相关研究。结果发现火灾影响下，植物 α 多样性增加、β 多样性降低，主要受火烧时间、冠层覆盖和土壤肥力影响。该研究为森林管理提供了重要依据。
在广袤的青藏高原东南部，有一片神秘的亚高山森林，它不仅是众多珍稀动植物的家园，还在区域生态平衡中扮演着关键角色。然而，近年来频繁发生的野火给这片森林带来了巨大的冲击，森林生态系统的多样性和稳定性受到了严重威胁。野火改变了森林的植被结构，影响了土壤的肥力，还对林下植物群落的组成和多样性产生了深远影响。目前，虽然知道野火会对森林产生诸多影响，但对于影响亚高山森林林下植物群落动态的关键因素，以及这些因素的相对重要性，科学家们还没有明确的答案。在这样的背景下，为了深入了解野火对亚高山森林的影响机制，探寻森林生态恢复的有效策略，中国科学院青藏高原研究所等机构的研究人员开展了一项意义重大的研究。
研究人员通过对 9 个火烧斑块（24 个样地）及其相邻未火烧森林（18 个样地）长达 79 年的时间序列研究，利用空间换时间的方法，深入分析了火灾后 14 - 20 年、52 - 53 年和 68 - 79 年植物群落的变化情况。研究成果发表在《Fire Ecology》上，为我们揭示了火灾后亚高山森林植物群落动态的奥秘。
在研究方法上，研究人员首先确定了研究区域，该区域位于青藏高原东南部的亚高山森林，气候为半湿润山地气候，海拔在 3702 - 4247 米之间，主要土壤类型为高山棕色针叶林土和酸性棕色针叶林土。在每个样地中，研究人员详细调查了木本植物的种类和冠层覆盖情况，并在样地内设置 5 个 1×1 米的子样地，调查其中维管束植物的种类和数量。同时，采集土壤样本，分析土壤的 pH、有机碳（SOC）、总氮（TN）等 10 个指标，通过主成分分析（PCA）将多个土壤变量综合为一个土壤肥力指标（PC1）。为了评估植物多样性，研究人员计算了物种丰富度、Simpson 多样性等 α 多样性指标，以及基于多变量分散同质性检验的 β 多样性指标。此外，还构建了群落热指数、群落水分指数等四个基于多度的指标来评估群落趋温化。在统计分析方面，运用广义线性混合模型（GLMMs）比较未火烧森林和不同恢复阶段的差异，采用贝叶斯广义线性混合模型分析（MCMCglmm）探究 α 和 β 多样性与各种潜在驱动因素的关系，利用偏最小二乘结构方程模型（PLS - SEM）分析火灾干扰、环境因素与植物多样性之间的因果关系。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 火灾对冠层覆盖、土壤肥力、α 和 β 多样性及群落趋温化的影响：与未火烧样地相比，恢复阶段的冠层覆盖显著降低，土壤 pH 和有效钾（AK）增加，总氮（TN）和总磷（TP）在火烧后 14 - 20 年的样地中响应更明显，土壤 PC1 在 14 - 20 年和 68 - 79 年期间显著变化，表明火灾干扰显著降低了冠层覆盖，增加了土壤肥力的空间异质性。火烧森林的物种丰富度和 Simpson 多样性显著高于未火烧森林，而基于发生率和多度的 β 多样性则低于未火烧森林，且随恢复阶段下降。火灾干扰仅在火烧后 52 - 53 年增加了群落热指数，而群落水分指数和耐荫性在所有恢复阶段均显著降低，群落海拔得分在 14 - 20 年和 52 - 53 年显著下降。
- 多样性与环境因素的关系：基于模型选择，火烧时间、冠层覆盖、土壤 PC1、海拔和冬季雪水当量（SWE）是物种丰富度的最佳预测因子。火烧时间、土壤 PC1 和冬季 SWE 对植物丰富度有正向影响，冠层覆盖和海拔的立方样条函数有负向影响，冠层覆盖对植物丰富度的影响呈驼峰形，在冠层覆盖为 0.5 时物种丰富度最高。对于基于发生率和多度的 β 多样性，火烧时间、冠层覆盖的立方样条函数和土壤 PC1 是最有效的预测因子，火烧时间和土壤 PC1 有负向影响，冠层覆盖有正向影响。
- 火灾干扰对多样性的直接和间接影响：PLS - SEM 结果表明，冠层覆盖和土壤 PC1 受火烧时间直接影响，分别与物种丰富度呈负相关和正相关。冬季 SWE 和海拔对物种丰富度分别有正向和负向影响，物种丰富度导致基于发生率的 β 多样性下降。火烧时间通过冠层覆盖和土壤 PC1 分别解释了物种丰富度增加的 92% 和基于发生率的 β 多样性下降的 89%。物种丰富度主要受火烧时间的直接影响，而火灾通过冠层覆盖、土壤 pH 和物种丰富度间接影响基于发生率的 β 多样性，且这些间接影响占总影响的大部分。冠层覆盖对物种丰富度和基于发生率的 β 多样性的影响比土壤肥力更强。火烧时间还通过土壤 PC1 和 Simpson 多样性间接负向影响基于多度的 β 多样性，冠层覆盖对基于多度的 β 多样性有显著正向影响，土壤 PC1 对 Simpson 多样性的影响比冠层覆盖更强。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了火灾对亚高山森林林下植物群落的长期影响，火灾导致植物 α 多样性增加、β 多样性降低，群落趋温化明显，物种组成向适应温暖、干燥和开阔条件转变。火烧时间是影响植物多样性的主要因素，冠层覆盖和土壤肥力的变化部分解释了植物 α 多样性的增加。火灾后冠层覆盖降低和土壤肥力增加导致植物 β 多样性下降，这是环境过滤的结果。该研究为森林管理者提供了重要参考，建议通过造林提高冠层覆盖至 0.5 以上，优先恢复高土壤肥力的森林，以防止生物同质化。同时，强调了长期监测的重要性，以便及时进行管理干预，维护森林生态系统的多样性和稳定性。这项研究为我们理解火灾后亚高山森林生态系统的变化提供了宝贵的信息，为未来的森林保护和恢复工作奠定了坚实的基础。
