L'influenza degli incendi sulla biodiversità nelle comunità di piante: uno studio tramite un modello dinamico con segnale stocastico

Negli ecosistemi soggetti a incendi, la frequenza e l'intensità degli incendi sono determinate dalle piante che li alimentano, e che a loro volta sono favorite dalla presenza di incendi in quanto hanno sviluppato delle strategie di risposta ad essi. Questa relazione può portare a un feedback positivo di vegetazione-incendi, che plasma in tutto il mondo le comunità vegetali e il regime di incendi associato ad esse; inoltre, negli ecosistemi soggetti a incendi, gli incendi favoriscono e sostengono la biodiversità. Tuttavia, mutamenti nei regimi di incendi, dovuti ad effetti diretti e indiretti dei cambiamenti antropogenici globali, come l'introduzione di specie invasive, stanno minacciando la biodiversità. Al fine di una maggiore comprensione del ruolo degli incendi nel promuovere la biodiversità vegetale, ho studiato gli andamenti della biodiversità di comunità di piante simulate sulla base del loro regime di incendio, le caratteristiche che consentono alle specie di sopravvivere in questi ecosistemi e l'impatto che specie invasive simulate possono avere nel modificare il regime di incendio e la biodiversità nel bioma della foresta Mediterranea. Ho utilizzato un modello dinamico che include la competizione tra le specie, incendi stocastici, il feedback incendio-vegetazione e la risposta delle piante agli incendi. Dai miei risultati, la biodiversità è massima nei regimi di incendio a frequenza medio-alta e diminuisce andando verso le basse frequenze di incendio, riproducendo la curva prevista dalla cosiddetta Ipotesi di Disturbo Intermedio. Negli ecosistemi simulati e soggetti a incendi, le specie per coesistere hanno bisogno di una risposta medio-forte agli incendi, che tuttavia non è sufficiente ad assicurare la loro sopravvivenza, a causa delle sottostanti dinamiche di competizione che rimangono critiche, e la forza di risposta necessaria agli incendi diminuisce all'aumentare della velocità di colonizzazione. Erbe e arbusti invasivi altamente infiammabili e a crescita rapida possono portare a cambiamenti sostanziali nel regime di incendio e, di conseguenza, nella composizione della foresta Mediterranea, che tuttavia si dimostra resiliente all'introduzione di specie invasive nelle attuali condizioni climatiche.

In fire-prone ecosystems, plants determine fires frequency and intensity by fueling them and have evolved post-fire strategies that favour them in the presence of fires. This relation can lead to positive fire-vegetation feedback that shapes plant communities and the associated fire regime, and biodiversity in fire-prone systems is driven and promoted by fires. Changes in the fire regime due to the direct and indirect effects of global changes related to anthropogenic activities, such as the introduction of invasive species, are threatening biodiversity. In an attempt to better understand the role of fires in promoting biodiversity, I have studied the biodiversity level of simulated plant species communities based on their fire regimes, the traits that enable the species to survive in such systems, and the impact of simulated invasive species in shaping the fire regime and biodiversity in the Mediterranean forest biome. I have used a dynamic model including plant competition, stochastic fires, fire-vegetation feedback, and plant recovery after fire. From my results, biodiversity peaks in the intermediate-high frequency regime of fires and declines toward the low-frequency regime, reproducing the curve expected from the so-called Intermediate Disturbance Hypothesis. An intermediate-strong response to fire is necessary but not sufficient for species coexistence in simulated fire-prone ecosystems because of the underlying competition dynamics that remain critical, and the required response to fire decreases as the colonization rate increases. Highly flammable and fast-colonizing invasive grasses and shrubs can lead to substantial changes in the fire regime and, consequently, in the composition of the Mediterranean forest, which nevertheless proves resilient to the introduction of invasive species under current climatic conditions.