Coupling relationship between radiation of early vascular plants and the long-term water cycle

Abstract

志留-泥盆纪陆地革命以早期维管植物的起源和辐射演化为标志。早期维管植物的繁盛导致形成全新的土壤-植物-大气连续体（soil-plant-atmosphere continuum；简称SPAC）。早期植物在根系、输导组织、气孔、叶片、个体大小和构型等方面的一系列演化革新，深刻改变了SPAC中的水分传输过程与机制。由于根系的进化及其诱导的化学风化作用增强，泥盆纪以来的古土壤厚度逐渐增大、分层结构复杂化、组成成熟度增加、类型多样化。伴随着早期维管植物的演化，SPAC的空间范围极大扩展，生物可利用水资源增多，水分在SPAC中的循环过程更为复杂、高效。早期维管植物的辐射增强了植被-地貌-水循环之间的反馈机制。志留纪晚期以来，植被与水文、地貌、生物地球化学等物理和化学要素相互作用，维管植物型陆-海水文连续体（land-ocean hydrologic continuum；简称LOHC）形成并逐步发展，内陆水体流域至滨岸体系的地貌稳定性增强，由陆到海的生物地球化学循环、物质供给和迁移体系产生变革。早期维管植物通过SPAC、LOHC系统及其内部过程与全球水、碳循环耦合，表现为稳定的低地生境增多，植物残体和有机质的埋藏学窗口增多，以煤为代表的陆地有机碳埋藏增加，河流运输的陆源有机碳通量增大。目前对早期维管植物SPAC系统的研究，大多是定性描述和推测，如何开展定量研究与机理探讨是未来的重要挑战。从微观、生境、区域到全球的多个空间尺度，研究地质剖面中记录的长时间尺度维管植物型LOHC系统的演变，有助于解析早期植物演化、水-碳循环以及地表环境之间的耦合关系。