晚泥盆世-密西西比亚纪植物水循环与生物礁耦合演化

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导致海洋初级生产力提高、海水缺氧程度和有机碳埋藏量增加.在晚泥盆世–密西西比亚纪期间,陆地植物和海洋生物礁系统均发生了显著变化,可识别出3个耦合演化阶段:(1)晚泥盆世弗拉期–法门期(Frasnian–Famennian/F–F)转折期植物多样性和覆盖面积明显增加并向高纬度扩张,伴随Kellwasser生物灭绝事件和显生宙最大的层孔海绵-珊瑚礁系统崩溃;(2)泥盆纪–石炭纪(Devonian–Carboniferous/D–C)转折期种子植物多样性显著增加,伴随Hangenberg生物灭绝事件、层孔海绵-珊瑚礁消失以及密西西比亚纪早期后生动物礁缺失;(3)密西西比亚纪中–晚期(Middle–Late Mississippian/M–LM)种子植物科达类树木的丰度显著增加,伴随M–LM生物灭绝事件和珊瑚礁系统崩溃.种子植物不仅具有较深的根系,还可以克服对水分的依赖,从近岸...     

早期陆生维管植物起源和演化研究取得重要突破

具根的维管植物的出现加速了地球的风化作用,改变了陆地的生态系统.故维管植物根的起源和演化是早期生     

潮滩生物-物理互馈机制与系统稳态效应研究进展

潮滩是海岸湿地系统的重要组成部分,在维持海岸生态系统健康、抵御海岸自然灾害、蓝碳固存等方面发挥着重要作用.潮滩为多种生物提供适宜生长环境的同时,不同类型生物也通过改变水、沙过程影响潮滩地貌演化与系统稳态.本文归纳了盐沼植被、底栖微藻对潮滩水动力、泥沙运动过程的生物-物理效应,提出了描述潮滩生物与泥沙在时间、空间尺度上反馈过程的概化动力学模型,分析了生物-物理互馈时间累积驱动下潮滩系统双稳态及稳态突变理论特性,总结了潮滩生物与周围物理条件空间自组织作用下的地貌形态形成机制,探讨了潮滩系统层面的连续性现场观测、生物种间作用对生物-物理互馈过程的调节,以及外界扰动下潮滩生物地貌系统稳态突变阈值定量模拟等方面仍面临的科学问题.     

我们的祖先从水里来——硬骨鱼类起源与早期演化

硬骨鱼类(osteichthyans)是脊椎动物演化的主干,硬骨鱼下分的两大支系,即肉鳍鱼类(lobe-finned fishes)和辐鳍鱼类(ray-finned fishes)分别成为今日地球陆地和水域的征服者,前者最终演化出包括人类在内的四足动物。志留纪-泥盆纪是硬骨鱼类乃至整个有颌脊椎动物演化的关键阶段,硬骨鱼纲的起源、辐鳍鱼类与肉鳍鱼类的分异、肉鳍鱼类的早期演化和四足动物的起源等关键演化事件都出现在这一时期。直到20世纪末,化石资料的匮乏长期以来一直限制着学界对这些 硬骨鱼类起源与早期演化关键事件的了解。近年来,来自中国的梦幻鬼鱼、初始全颌鱼、晨晓弥曼鱼、于氏箐门齿鱼和奇异东生鱼等一系列关键化石的发现与研究极大地改变了上述情况,将硬骨鱼类起源与早期演化推到早期脊椎动物研究的聚光灯下,为脊椎动物“从鱼到人”的演化历史补上了大量缺失的篇章。     

早古生代海洋缺氧事件的地质记录与背景机制

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演化具有重要意义.海洋系统变化研究表明,缺氧事件在形成过程中主要受控于海洋水体循环、营养盐供应、地理地貌条件、气候与海平面变化等因素.不同于中生代的大洋缺氧事件,早古生代海洋生物泵效率增强时,同时还面临大气氧气含量上限变化的影响.衍生于现代缺氧沉积盆地和前寒武纪缺氧海洋模型的水体化学分层理念,对早古生代海洋缺氧事件同样适用.地质记录表明,早寒武世-晚志留世,海洋先后发生8次不同规模的缺氧事件,均可与全球识别的碳同位素漂移对比,并且常常伴随着不同规模的生物灭绝事件.因此,重建缺氧海水的分布范围及氧化还原结构,对研究早古生代海洋生态环境变化具有重要意义.同时,这些事件在纵向上表现出缺氧海底面积占比逐渐缩小的趋势,与同期大气氧气含量的长期爬升、二氧化碳含量的持续降低相吻合.海洋缺氧事件、生物灭绝事件及同期其他构造-气候变化等地质事件,共同构成早古生代地球系统变化的缩影,同...     

黄土高原中部晚第四纪以来植被演化的元素碳碳同位素记录

黄土高原地质历史时期原生植被类型, C₃/C₄植物的时空演化规律等, 一直是黄土研究中争论较多的问题, 而黄土剖面元素碳碳同位素(δ¹³Cec)记录可能为植被演替变化提供新的依据. 元素碳(EC)是植被不完全燃烧的产物, 其碳同位素较先体植被变化很小, 从而可利用δ¹³Cec记录反演植被变化. 采用化学氧化法提取黄土高原中部灵台剖面黄土-古土壤序列中的EC物质, 并进行δ¹³Cec分析. 结果表明, 该地区为C₃, C₄植物混合植被类型, 大多数时段以C₃植物为主. 晚第四纪以来, 黄土高原C₃, C₄植物变化可能并不遵循简单的冰期-间冰期旋回变化模式, 而是呈现波动变化: L4时期C₃植物逐渐增多, S3时期C₃植物较多; L3~L2时期C₄植物增多; S1~S0时期C3植物再次增多. 在古土壤发育时期中, S3, S1时期C₃植物较多, S2和S0时期C4植物相对较多. 在黄土堆积时期中, L4和L1时期C₃植物较多, L3和L2时期C₄植物相对较多. 在冰期-间冰期旋回尺度上, δ¹³Cec揭示的植被变化与孢粉资料得到的结果较为一致; 与有机碳碳同位素(δ¹³Corg)所揭示的植被变化仅在末次冰期以来的时期较为一致.     

热河生物群脊椎动物的辐射及其环境背景

近年来, 热河生物群各门类的研究十分活跃. 特别是在鸟类与飞行的起源、早白垩世鸟类、恐龙、哺乳类、昆虫和被子植物的进化研究等方面, 已有若干重要成果问世[1~5], 并引起国内外学术界及公众的广泛关注. 热河生物群的研究揭示了早白垩世许多重要生物门类进化辐射的型式和过程, 包括被子植物和鸟类演化历史上的第一次显著的辐射, 早期哺乳动物的分化, 以及白垩纪恐龙类群的早期辐射等. 由于相同的环境背景, 热河生物群脊椎动物的辐射具有许多共同的特点. 如出现了大量树栖生活或者植食性的种类, 表明它们的辐射和当时繁茂的植被环境紧密相关. 习性和食性的分化还成为热河生物群翼龙、恐龙、鸟类和哺乳类进化辐射的重要标志.     

琉球“沟-弧-盆系”构造地貌: 地质地球物理探测与制图

利用多波束全覆盖水深测量数据和地震、浅地层调查、地质地球物理调查资料及现有研究成果, 对琉球“沟-弧-盆系”构造地貌特征进行了系统的分析研究, 编绘了琉球“沟-弧-盆系”构造地貌图. 指出琉球“沟-弧-盆系”地貌的发育和分布格局主要受构造运动的控制. 琉球岛弧与东海陆架和陆坡构造地貌特征具有明显区别, 前者地质构造上由吐噶喇火山脊、琉球褶皱脊和弧前增生楔及夹于其间的奄美拗陷和弧前拗陷组成, 地貌上表现为岛坡海岭与岛坡断陷盆地相间分布的格局; 东海陆坡是一个新生的被动型陆缘, 地貌上表现为断阶型陡坡, 地形变化连续. 冲绳海槽构造上是一个弧后张裂带, 带内构造活动强烈, 火山活动和热液活动活跃, 已经并正在发生海底扩张. 海槽地貌的发育主要受雁行式排列的海槽扩张轴和东海陆坡断裂带、吐噶喇西缘断裂带的控制. 海槽中央为沿扩张轴发育的中央裂谷盆地和中央火山链, 西~西北侧为自东海陆坡坡麓向海槽中央倾斜的浊流堆积平原, 东~东南侧为自琉球岛弧西坡坡麓向海槽中央倾斜的火山碎屑堆积平原. 冲绳海槽在构造地貌上构成东海陆架和琉球岛弧的天然分隔.     

黄土高原现代植物-土壤氮同位素组成及对环境变化的响应

由于土壤氮同位素组成被认为是气候环境变化和自然生态系统氮循环过程的可能指示, 开展全球不同区域、不同生态系统氮同位素组成的研究将有助于对这个可能性的认识. 对中国黄土高原中西部不同环境条件下的现代植物和相应的土壤氮同位素进行了调查, 氮同位素组成变化范围分别为: 植物根: -5.1‰ ~ 1.9‰; 植物残体: -6.6‰ ~ 2.9‰; 土壤: -1.2‰ ~ 5.8‰. 结果表明: (1) 土壤与植物有相近的变化趋势, 但土壤的氮同位素组成较植物根的氮同位素要偏正, 其Δδ¹⁵N值变化范围为: 0.3‰ ~ 7.2‰, 平均值为: 4.1‰, 表明植物分解过程氮同位素存在分馏; (2) 该地区现代生态系统的氮同位素对降水和温度变化有明显的响应, 沿西北到东南方向, 年平均降水每增加100 mm可能导致土壤氮同位素组成偏负约1.31‰, 随温度的增加, 土壤氮同位素也趋向偏负; (3) 在降水和温度共同增加的影响下, 植物根系、植物残体和土壤的氮同位素偏负, 这个现象可能归因于降水是该地区植物-土壤氮同位素变化的主要控制因素. 尽管目前对植物-土壤氮同位素组成变化与降水和温度关系的机制尚不清楚, 但初步的研究结果表明土壤的氮同位素组成可能为黄土高原环境变化示踪提供指示.     

中国奥陶纪生物礁的类型和造礁生物群的演替

低纬度的华南、塔里木、华北三大陆表海的大部分区域在奥陶纪长期维持海水覆盖状态,在远岸区形成了大规模碳酸盐岩台地和不同时空背景下的各类生物礁.古生代动物群辐射演化背景下,重要造礁生物门类的起源和在特定海区繁盛的时差是决定礁群落基本生态结构的历史因素,早奥陶世早期的藻礁、早奥陶世晚期至中奥陶世早期的Calathium-硬海绵-藻礁、苔藓虫礁、晚奥陶世早期的珊瑚-层孔虫-藻礁可诠释为幕式群落演替,这或许是古生代演化动物群起源及早期演化并逐渐取代寒武纪演化动物群的几个阶段,特别是后者(珊瑚-层孔虫-藻礁)代表了古生代演化动物群中典型格架礁群落,奠定了之后近100Ma动物格架礁最常见的生态组合方式,呈现出礁群落结构由简单到复杂的宏演化脉络.中国的实例基本吻合于全球奥陶纪生物礁宏演化趋势,特殊之处表现为:(1)湘西张家界特马豆克早期南津关组和塔里木巴楚达瑞威尔期一间房组的Calathium-藻礁分别定位成此类生物礁的先驱和孑遗;(2)中扬子区特马豆克晚期分乡组苔藓虫礁为当时独有的类型;(3)早期的珊瑚-层孔虫-藻礁分布特别局限;(4)奥陶纪末冈瓦纳冰川初期扬子区西缘的藻礁是极端环境造礁的实例.     

外来植物及生态学影响

地球上的植物分布是在一定气候、土壤、自然地理地貌等条件下,经漫长演化与适应而来.各地的自然地理地貌不同,最初出现的植物种类也有明显差异,通过长期积淀形成了独特的植物区系组成特征,并成为该地域自然环境的综合标志.所谓外来植物(alien plant,exotic plant)就是经长距离迁徙或扩散而进入某地域生态系统中的新植物,非该地域自然发生或进化.也就是指,经非人为或人为途径,以超过自身的迁徙能力扩散到原生境以外的地域,正常完成生活周期并建立种群的植物(含种及种以下各等级).     

植物与传粉者地理镶嵌的协同演化:过程、证据与展望

协同演化是两个或更多互作物种间,因交互选择导致特征发生交互式的演化转变.地理镶嵌的协同演化理论认为,成对协同演化发生在不同的地理环境水平上.对植物与传粉者而言,地理镶嵌式的协同演化是指在不同地方的植物,其传粉者的不同导致了植物花部特征的分化,也被称为传粉生态型.对传粉生态型概念的研究多集中在不同的海拔以及生境传粉者体型、传粉者功能群与植物花部特征或花报酬的协同演化.总结近年来的研究,可将植物与传粉者地理镶嵌的协同演化的形式归纳为5类:花形态、花结构、花颜色、花气味信号成分、花报酬与传粉者的种类或者体型的协同演化关系.未来在研究植物与传粉者地理镶嵌的协同演化时,不仅要关注植物与传粉者特性本身,还应关注非生物环境因子.高通量基因测序以及新的分析手段的引入,可进一步推进植物与传粉者的地理镶嵌的协同演化研究.     

植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.     

特提斯构造带的演化和北缘盆地群形成及塔里木天然气勘探远景

通过对特提斯造山带的特征分析, 认为特提斯造山带经历了二叠纪至晚三叠世的新特提斯洋的扩张与古特提斯洋的关闭、侏罗纪至老第三纪早期新特提斯洋的俯冲消亡与印藏碰撞、老第三纪晚期以来阿拉伯板块的碰撞与持续的印藏陆-陆俯冲作用3个演化阶段. 结合特提斯造山带演化和北缘盆地群的特征, 认为北缘盆地群的沉积特征、构造特征及盆地类型都受到特提斯造山带形成和演化及特提斯洋海侵的控制; 北缘盆地群的演化可以分为晚二叠世至三叠纪的弧后前陆盆地发育阶段、侏罗纪至老第三纪早期的弧后伸展断陷和拗陷盆地阶段与老第三纪晚期以来的再生前陆盆地. 特提斯北缘盆地群是世界上重要的巨型天然气聚集区, 塔里木盆地是该聚集区的一部分.     

洛阳盆地新石器-青铜时期的炭化植物遗存

炭化植物遗存分析是了解古代农业的重要途径,目前已取得大量研究成果.由于古代农业形成的复杂性和遗址的多样性,如何选择合适遗址以提高炭化植物遗存研究的科学性和代表性已成为重要的课题.选择中原地区新石器文化发达的洛阳盆地,选取分布在不同地貌部位上的23个新石器-青铜时期中小遗址,从灰坑和文化层中采集土样进行浮选和炭化植物遗存鉴定,并与周边地区的大遗址进行了比较.中小遗址和大遗址的炭化植物遗存分析均表明中原地区在新石器时期属于以粟和黍为主的北方旱作农业,并逐渐出现了稻、小麦和大豆,到二里头时期发展成为五谷齐全的农业经济.相比之下,中小遗址农作物种类多样化的出现要早于大遗址,但二里头时期中小遗址稻和小麦在农业中的比重远低于大遗址,这种差异可能反映了它们遗址功能的不同.另外,分布在不同地貌部位上的中小遗址的炭化植物遗存分析表明:在仰韶、龙山文化时期,台塬沟谷区农作物种类比冲积平原区丰富;而到二里头时期,冲积平原区在农作物种类和数量上都超过台塬沟谷区.造成这种差异的原因可能与地貌、土壤、水文等自然环境因素有关.研究表明,中小遗址的炭化植物遗存分析是对区域农业考古研究的极大补充,更能反映区域内农业形成和发展的复杂过程,今后应加强对中小遗址的炭化植物遗存研究.     

黄土高原中部1.5 Ma以来古生态环境演化的孢粉记录

通过对黄土高原中部朝那黄土-古土壤剖面的孢粉研究, 揭示出1.5Ma 以来蒿属、藜科等旱生草本与松、桦、栎等乔木花粉含量在黄土-古土壤序列中呈现有规律的互为消长的变化, 指示了冰期-间冰期的冷干-暖湿旋回, 其中过去无机指标所指示的上、下粉砂层(L9和L15)的两次极端干冷事件, 植被变化表明其干冷程度与其他冰期黄土沉积时期相似. 从长期演化趋势上来看, 以0.95和0.5 MaBP为界, 可以分为3个阶段, 古生态环境经历了两次阶段性剧烈变化, 植被由早期的森林草原转变为中期的疏林草原继而演变为后期的草原, 指示了黄土高原阶段性的干旱化过程.     

塔里木盆地南缘志留-泥盆纪周缘前陆盆地

运用板块构造理论, 结合对蛇绿岩、岩浆岩和火山岩的同位素测年、地球化学组分测试、稀土元素分析, 以及地震资料解释, 对塔里木板块南缘前石炭纪构造与沉积建造进行了研究. 证实震旦-寒武纪塔里木板块南缘存在拉张构造下的昆仑洋盆; 随后的碰撞造山在塔里木南缘形成周缘前陆盆地, 上志留统至泥盆系的磨拉石相沉积体系叠置在震旦至中志留统被动陆缘的复理石相沉积体系之上, 构成前陆盆地的二元结构. 同时, 在野外地质和地震资料解释基础上, 识别出了志留至泥盆系地层南厚北薄的箕状沉积特征和前陆冲断带内残存的前石炭纪逆冲挤压构造, 进一步证实了塔里木盆地南缘志留至泥盆纪周缘前陆盆地的存在.     

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正蕨类植物是陆地上最早的维管植物,曾经在古生代、中生代盛极一时并作为恐龙的食物,如今以古老、神秘的状态静静地分布在世界各地.随着环境的变迁和生境的消失,许多珍稀濒危的蕨类植物在自然界中越来越少见。这些拥有独特的演化地位、生态作用和文化价值的蕨类植物近年来逐渐得到越来越多的关注。鉴于此,针对中国有多少蕨类植物、分布在哪里、生存状态如何、如何保护等一些基本问题,上海辰山植物园     

植物体内草酸钙的生物矿化

草酸钙晶体在特化的植物晶异细胞内的形成是一种基本的、重要的生理代谢过程.不同植物草酸钙晶体在形态/结构上存在多样性和种间专一性,它们具有特定的尺寸和形貌,并且成核后晶体的生长和特化细胞的发育间存在显著的协同作用,这表明草酸钙的生物合成不是一种简单的化学结晶过程,而是受遗传和生物大分子的精确调控.被塑造的矿化相在特定的膜包覆空间内经历了各自不同的生物化学途径,最终形成热力学稳定相.草酸钙晶体赋予植物许多不同的功能,主要包括对高容量钙的调节和植物自我保护作用,从而间接地反映出植物在不同生境中进化的印迹.本文介绍了草酸钙晶体在植物体内合成的草酸代谢途径、钙的吸收和累积,主要讨论晶体生长过程的植物调节机制以及体外模拟生物分子对草酸钙结晶动力学过程的调控等,以期揭示植物体内草酸钙的生物矿化机制,并为仿生材料合成和人类病理结石的抑制等提供重要线索.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.