志留纪—泥盆纪维管植物的辐射演化及对陆地碳库的潜在影响

摘要

维管植物是陆地植物中最具优势的一大分支，为古生代植物登陆演化的主体。化石记录表明，维管植物最早出现于志留纪，在泥盆纪迎来辐射发展，而志留纪—泥盆纪植物是现代支系如石松类、木贼类、真蕨类及种子植物的祖先类群（干群），预示着这些现代支系的分化。维管植物大化石的属级总体多样性自志留纪逐步上升，至早泥盆世布拉格期达到第1次峰值，之后呈现2次下降、上升波动，在吉维特期晚期及法门期晚期分别达到峰值。志留纪—早泥盆世植被包括莱尼蕨类草地、工蕨类草地、工蕨类—早期真叶植物混生草地等，零星出现灌丛、湿地；中、晚泥盆世草地、湿地、灌丛继续发育，新出现枝蕨类森林、石松类森林和前裸子植物森林等。随着志留纪—泥盆纪植物的辐射演化，植被碳库显著扩大，钙质古土壤记录剧增，表明土壤无机碳库也呈扩大趋势，一些下泥盆统古土壤中的无机碳密度已与现代最高值相近；中泥盆世以来煤（古有机土）的记录逐渐增多，表明土壤有机碳含量的显著增大；因此，志留纪—泥盆纪陆地碳埋藏的增加主要体现在有机土、钙质土等富碳土壤记录的增多。通过成岩作用，古土壤将表层系统中的碳转变为岩石圈碳库的一部分，进而达到长期碳封存的效果。未来需继续加强植物化石的系统分类及古植物群落生态、早期植被分类和区划的研究，进一步通过古植物个体及群落重建、模型模拟等研究估算当时的植被碳库，定量估算不同地质时期的地表土壤碳储量以及古土壤碳的埋藏效率，以约束地球系统模型中的碳循环过程。

关键词

植物登陆 / 植被演化 / 煤 / 古土壤 / 土壤有机碳 / 土壤无机碳 / 陆地碳埋藏 / 碳库