题目：Biodiversity impacts of the 2019–2020 Australian megafires
期刊：Nature
第一作者：Don A. Driscoll, Kristina J. Macdonald, Rebecca K. Gibson
发表单位：Deakin University
发表日期：2024年11月
研究背景
近年来，随着气候变化和人类活动的双重作用，全球范围内极端火灾的发生频率和强度显著增加，对生物多样性和生态系统稳定性构成了严重威胁。这些极端火灾通常发生在气候变化加剧和土地利用改变的区域，其频繁出现加速了生物多样性的丧失，尤其是在受威胁物种较多的生态敏感区。2019-2020年澳大利亚森林大火（又称“黑色夏季”火灾）是一次具有全球性影响的事件，共计烧毁超过1000万公顷土地，其中大面积区域的火灾强度达到历史最高水平。此次火灾对生物多样性造成了广泛而复杂的影响，包括对植物、哺乳动物、鸟类、昆虫等多个物种的丰度和分布产生了显著变化。尤其是雨林等湿润生态系统遭受的高强度火灾破坏，导致许多物种面临生存威胁。然而，目前关于火灾影响的生态机制和多因素交互作用的理解仍然有限。例如，火灾严重程度、频率、干旱条件、保护区分布及火灾历史如何共同作用影响物种的响应，尚未得到系统探讨。为了弥补这些知识空白，本研究基于2019-2020年火灾后的大规模生态监测数据，整合了62个项目中超过2200种物种的观测数据。这是迄今为止全球范围内针对单次火灾事件收集到的最全面的数据集。本研究旨在通过系统分析火灾严重程度、干旱、保护区覆盖等变量的影响及其交互作用，为理解火灾对生态系统的短期与长期影响提供新视角。
创新点
1.整合了62个项目的观测数据，涵盖超过2200种物种和81万条记录，形成了全球最大、最全面的单次火灾生物多样性响应数据集。
2.首次系统性地分析了火灾严重程度、频率、间隔时间、干旱条件和保护区覆盖率等变量对物种丰度和分布的综合影响。
3.覆盖从雨林到干旱灌丛等多种生态系统，揭示不同生态系统和分类群在火灾中的响应模式差异。
4.采用元分析和标准化效应值方法，结合随机效应模型，全面探索了火灾影响的正负效应及其背后机制。
拟解决的科学问题
1.火灾的生态学影响机制：火灾严重程度、频率、间隔时间等变量如何通过相互作用影响物种的丰度和分布？
2.正负响应的驱动因素：为何某些物种在火灾后表现为正响应（种群增加），而另一些物种则表现为负响应（种群减少）？
3.保护区覆盖和未烧毁区域在缓解火灾负面影响及促进物种恢复中的具体作用是什么？
4.火灾发生前的干旱条件如何改变火灾对不同物种和生态系统的影响？
研究方法
本研究通过整合62个研究项目的数据，涵盖超过2200种物种的810,000条观测记录，形成了针对2019-2020年澳大利亚森林大火的全球最大单次火灾生物多样性响应数据集。这些数据来源于火灾后的生物多样性监测项目，研究区域横跨澳大利亚东海岸、南澳大利亚的袋鼠岛以及西澳部分地区，覆盖雨林、湿地、干旱灌丛等多种生态系统类型。数据类型包括物种的丰度、分布以及发生概率，具有广泛的代表性。
研究采用元分析方法，基于标准化效应值（SMD）和标准化均值变化（SMCC）评估火灾对物种丰度和分布的影响，同时结合随机效应模型，将研究项目、物种及分类群纳入分析框架，以减少数据异质性对结果的干扰。研究重点探讨了火灾严重程度、频率、火灾间隔时间、火灾前干旱条件、保护区覆盖及未烧毁区域分布等变量的独立作用及其交互影响。此外，数据分析中分离了正响应（物种丰度增加）和负响应（物种丰度减少），以避免不同方向效应相互抵消，并补充采用均值差异（MD）方法验证效应值计算结果的稳健性。
研究结果
首先，火灾对物种丰度和分布总体产生负面影响（效应值为-0.08），但强烈的正负效应并存（Figure 3a）。高强度火灾导致更大的丰度变化，无论是负效应（-19%）还是正效应（+21%），说明火灾严重程度是调节物种响应的重要因素。火灾频率和间隔时间也显著影响物种的响应（Figure 3b、3c）。在过去40年中经历3次以上火灾的区域，物种丰度的负效应增加了87%-93%，而火灾间隔短于10年的区域，其负效应增加了70%。这些结果表明，频繁火灾或短间隔火灾显著削弱了生态系统的恢复能力，同时还可能促进早期演替物种的扩张。未烧毁区域在缓解高强度火灾的负面影响中起到了关键作用（Figure 3d）。研究发现，当未烧毁区域比例较低时，高强度火灾的负效应增加了114%。未烧毁区域为受火灾影响的物种提供了重要的种群来源和临时庇护，从而加速了生态系统的恢复。
此外，火灾前的干旱条件也对物种响应有重要影响（Figure 4a）。研究发现，火灾前干旱越严重，火灾的负效应越显著（低强度火灾+27%，高强度火灾+40%），但正效应则有所减弱。尽管如此，这些效应的统计支持相对较弱。保护区在火灾中表现出一定的缓冲作用（Figure 4b、4c）。研究显示，保护区内的火灾对物种的负效应减少了23%，正效应减少了26%。此外，靠近保护区的区域也表现出更高的生态系统恢复能力，这表明保护区在减少火灾对生物多样性破坏方面具有重要意义。
物种分类群和生态系统类型对火灾的响应差异显著（Figure 5a、5b）。哺乳动物在高强度火灾中表现出最大的正负效应幅度，反映出其对火灾的高度敏感性，而爬行动物和植物的响应相对温和。生态系统方面，雨林在高强度火灾中的负效应最大（比干旱灌丛高44%-60%），但其绝对下降幅度较小，表明大部分雨林物种具有较强的恢复能力。
讨论
本研究揭示了2019-2020年澳大利亚森林大火对生物多样性的多方面影响，并强调了一些关键机制。高频率和短间隔火灾显著限制了生态系统恢复时间，削弱了物种生存能力，而高强度火灾对物种的正负响应幅度更大，凸显了减少火灾频率和延长火灾间隔的重要性。未烧毁区域和保护区在缓解火灾影响中发挥了重要作用。未烧毁区域为物种提供了种群恢复的来源，而保护区通过丰富的栖息资源和较低的外界威胁缓冲了火灾的负面效应。然而，这些措施的效果需要进一步优化，以提升对火灾的适应能力。火灾前的干旱条件加剧了火灾对物种的负面影响，但适度干旱可能减少竞争压力，间接影响恢复模式。此外，不同分类群和生态系统的火灾响应差异显著，例如哺乳动物对火灾的响应最为剧烈，而雨林等湿润生态系统在高强度火灾中受损更大但具有恢复能力。本研究建议通过快速扑灭火灾、扩大未烧毁区域覆盖和保护湿润生态系统来减轻火灾影响，同时借鉴原住民火管理实践。未来需要更长期的监测和综合研究，以明确物种的长期恢复模式，并应对火灾与其他环境压力的复杂交互。研究最后强调，全球减排化石燃料是降低火灾威胁的根本途径。
Driscoll, D.A., Macdonald, K.J., Gibson, R.K. et al. Biodiversity impacts of the 2019–2020 Australian megafires. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08174-6
