青藏高原地区地震频发，但鲜少有研究评估地震断层对高寒草地植被的影响。本研究对2021年5月22日玛多7.4级地震沿线高寒草地植物群落进行了野外调查。选择远离地震断层的周边草原生境作为对照。研究了地震断裂带周围和远离震断裂带的植物群落特征。结果表明，地震断层对植物群落指标具有负向影响。地震断裂带附近的物种组成由莎草科类为主向杂类草为主转变。此外，与对照相比，地震断裂带附近的生物多样性和地上生物量显著降低。以上结果进一步说明，地震可能导致高寒草地物种丧失，并最终导致高寒草地生产力下降。此外，杂类草在地震后可能比其他功能群更具有竞争力。
自然灾害对全球生物多样性有着深远的影响。作为一种严重的自然干扰，地震是导致生态系统退化的自然灾害之一。地震扰动的震级和频率会影响物种多样性及其分布，从而导致物种丧失和草地适应性破坏。一些研究表明，地震严重破坏了草地生态系统的结构和功能，导致生物量减少、多样性下降，土壤受到侵蚀。
高寒草地是青藏高原最重要的生态系统和自然资源，覆盖了青藏高原60%以上的地区，是该地区最重要的生命支持系统。由于欧亚板块和印度板块持续的大陆碰撞，青藏高原是全球地震活动强烈的地区之一。根据前人研究表明，在岩石圈板块之间的边界地区地震的频率更高。地震后形成的裂缝可能会对草原造成明显的负面影响。但是迄今为止，我们对高寒草地生态系统，尤其是对外界干扰较为敏感的草地植物群落是如何响应地震变化的还知之甚少。
因此，我们实地调查了2021年5月22日7.4级玛多地震4个月后震区自然植被、植物多样性和生物量的现状。我们提出以下假设：（1）地震可使高寒草地物种丰富度沿地震断层重新分布；（2）地震破坏了高寒草地的生境形态，降低了草地的植物多样性和生产力。本研究旨在阐明高寒草地植物群落(物种组成、多样性、地上生物量等)在短时间内对地震的响应。以期为快速检测地震对高寒草地生态系统的影响，合理促进地震干扰下青藏高原高寒草地生态系统的恢复提供理论依据。
图1 取样点位置图。
研究地位于中国青海省果洛藏族自治州西北部玛多县（96°50′ -99°20′ E， 33°50′-35°40′ N）。玛多县地理位置特殊，气候条件独特，是高寒生态脆弱区和国家重点生态功能区的重叠区域，地处巴颜喀拉地块的边缘断层，该处地震频繁发生。2021年5月22日的玛多地震是近二十年来发生在青藏高原中北部活动性巴颜喀拉地块内部的次级断层上的最大地震，产生了多条地震断裂带，造成了63亿元的受灾损失。
实地调查于2021年9月初进行。根据5月22日玛多地震断层分布图，我们选取了七个典型断裂带作为本次考察的7个采样点。并选取了远离地震断裂带的成对采样点作为对照，以记录震后植物组成、多样性和生产力的变化，从而探讨植被在青藏高原地区地震后短期时间内的响应。采样点平均海拔高度约4200m。我们选取了离地震断裂带3m左右的位置作为了受地震断层影响的取样点。此外，选取以距地震断裂带约30m，坡度和坡向与受断层影响点相同的位点作为对照。在每个采样对的地震断层位点和对照位点，我们分别随机放置了3个1×1m样方，并用GPS记录了每个采样对的经纬度。
地震断裂带位点与对照的物种存在明显差异（图2）。在对照区，共记录到38种植物，隶属于18科30属，常见科为禾本科、莎草科和菊科。在地震断裂区，共记录到植物27种，隶属于14科25属，常见科为禾本科、菊科和蓼科。这些结果表明，地震断裂带使得植物物种组成在科、属和种水平上分别减少了22%、16%和29%。其中，与对照相比，地震断裂带取样点的5个功能群中莎草类种类下降尤其显著。
图2. 地震断裂位点和对照点之间的物种组成的非度量多维尺度分析图。相同颜色的点来自同一取样组。 每个小点代表一个取样点，每个大点代表各个取样点的平均值。 圆圈表示平均值的 95% 置信度。
在功能群水平上，地震断裂使得植物不同功能群重要值有很大差异（图3）。总的来看，地震断裂使莎草科类、禾本科类、豆科类植物重要值均有所降低，下降幅度分别为0.274，0.011和 0.014。使得群落由杂类草（0.422）和莎草科类（0.411）共同主导变为了杂类草（0.757）占主要优势，群落结构趋向于杂类草。
图 3. 不同地震断裂区取样点功能群的重要值。
同时，地震断裂显著降低了香农-维纳指数、辛普森指数、逆辛普森指数和物种丰富度指数，而物种均匀度指数几乎不受地震断裂的影响（图4）。
图4. 不同地震断裂区取样点的多样性指数。(A) 香农-维纳指数，(B) 辛普森指数，(C)逆辛普森指数，(D)物种丰富度指数，(E)物种均匀度指数。误差棒表示均值的标准误。星号表示对照点(灰色条)与地震断裂位点(黑色条)之间存在显著差异（***p < 0.001）。
地震断裂对高寒草地植物群落地上生物量有明显影响。从图5可以看出，虽然不同采样点的地上植物生物量不同，但地震断裂带附近的地上植物生物量显著低于对照 (p < 0.01)，说明地震显著降低了草地生产力。
图5. 不同地震断裂区的地上生物量。星号表示处理间存在显著差异（**p < 0.01）。不同的颜色代表不同的采样地点。
本研究发现，地震对高寒草地植物群落产生了负面影响，导致多样性损失和生产力下降，并使植物群落趋向于杂类草为主。不同物种和功能群的反应不同。莎草科类物种对地震的敏感性明显高于禾本科类和杂类草。整个植物群落物种组成在地震断裂带附近由莎草科类和杂类草共同主导向杂类草为主转变。与此同时，地震断裂带附近高寒草地植物群落的物种多样性和生产力明显下降，对草地生态系统健康构成了巨大威胁。因此，今后应进一步重视地震对脆弱的高寒草地生态系统的影响。此外，还可以选择植物种类组成、多样性和生产力作为地震对高寒草地生态影响的重要指标。然而，未来迫切需要更长的时间和多尺度的实地调查来证明这种短期的响应。此外，今后还应考虑地震后植物群落转变与土壤性质变化的关系，以便更好地理解地震后植物群落结构变化的原因。
