Связность горючего покрова, тяжесть выгорания и сохранность семян в почве определяют трансформацию экосистемы в полузасушливом кустарниковом сообществе

Одна из ключевых задач экологии — понять, как взаимодействие нескольких факторов приводит к устойчивой смене состояния растительности. Такие изменения могут быть вызваны и поддерживаться нарушениями, однако для прогнозирования их временного или устойчивого характера необходимо понимать механизмы воздействия нарушений на альтернативные сообщества. В полынных кустарниковых сообществах запада США широкое распространение заносных однолетних злаков повысило связность горючего покрова. Это увеличивает площадь и пространственную непрерывность пожаров, после которых на месте прежней растительности формируются монодоминантные сообщества заносных однолетних злаков. Новое состояние экосистемы может сохраняться длительное время и способствует возникновению более крупных пожаров, чем прежние кустарниковые сообщества. Однако механизмы, связывающие предшествующее пожару распространение этих злаков и возникновение пожаров с повышенной пожароопасностью после пожара, изучены не полностью. Возможность исследовать эти взаимосвязи представилась благодаря естественному эксперименту: мы прибыли на север Невады сразу после тушения лесного пожара площадью 50 000 га. Мы предположили, что новое состояние травянистой экосистемы поддерживается положительной обратной связью: повышение связности горючего покрова увеличивает тяжесть выгорания, что, в свою очередь, способствует распространению заносных однолетних злаков после пожара, сохранению их семян и дальнейшему повышению связности горючего покрова. Чтобы оценить степень подтверждения каждого звена этой цепи, мы использовали байесовскую совместную модель распределения видов и модель структурных уравнений. Связность горючего покрова до пожара повышала тяжесть выгорания. Более высокая тяжесть выгорания преимущественно положительно влияла на встречаемость заносных однолетних злаков и ещё одного неаборигенного вида, тогда как для всех остальных видов выявлялись преимущественно отрицательные или нейтральные связи. Кроме того, обилие семян заносных однолетних злаков в почве сразу после пожара положительно влияло на связность горючего покрова через 3 года после пожара, замыкая положительную обратную связь, способствующую распространению этих злаков. Полученные результаты показывают, что сила этой обратной связи определяется измеримыми характеристиками структуры и состава экосистемы, а также нарушений. Кроме того, на каждое звено цикла независимо воздействуют несколько факторов глобальных изменений. Возможно, моделирование этих характеристик позволит прогнозировать пороговые изменения и планировать меры по сдерживанию или замедлению формирования цикла «злаки — пожары», например целенаправленное восстановление растительности или снижение запаса горючего материала до пожара.