《Global and Planetary Change》：Tropical deforestation, seasonal drought and decline of chemical weathering during the Permian–Triassic transition in southwestern China
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热带雨林生态系统对气候和风化作用的反馈机制研究。通过西南中国东特提斯地区高分辨率地质记录重建，发现二叠纪-三叠纪过渡期存在两次植物群危机：早阶段以蕨类主导雨林崩溃为标志，晚阶段以楔叶植物群落消失为特征。气候干旱加剧导致化学风化强度下降，验证了植被-气候-风化负反馈系统的关键作用。
吴文超|楚大良|曹一然|宋海军|保罗·B·威格纳尔|雅各布·达尔·科尔索|吴宇阳|田莉|宋慧月|童金南
中国地质大学地球与行星科学学院地质微生物学与环境变化国家重点实验室，武汉430074，中国
摘要
热带雨林是全球气候的重要生物调节器，但它们对灾难性环境变化的脆弱性往往被庞大的地质记录所掩盖。在二叠纪末期的陆地危机中，中国西南部热带地区巨型蕨类植物的灭绝标志着陆地反馈机制的关键崩溃，具体表现为化学风化的显著下降。尽管这一现象具有重要意义，但其时间耦合关系和因果机制仍不甚明了。本文基于高分辨率的孢子形态组合重建、古气候指标以及二叠纪至三叠纪过渡期间中国西南部地区的化学风化强度数据，揭示了该地区经历了两个连续的植物群更替阶段。第一阶段以蕨类植物主导的雨林崩溃为特征，表现为湿地植物种类的急剧减少；随后是 Isoetalea 草本植物群的消亡。这些植物变化与气候的逐步变化密切相关，表现为季节性干旱的加剧，这从野火活动的增加和旱生植被的扩张中可见一斑。值得注意的是，化学风化并未在第一阶段雨林丧失时同步减弱，而是在随后的干旱加剧过程中持续升高，并在早三叠世期间显著减弱。这种两阶段植物危机、气候波动和化学风化的变化凸显了植被、气候和风化之间的复杂反馈机制，强调了在地球系统模型中完善这些过程机制表示的必要性。
引言
植物丰富度和多样性是生态系统正常运作的关键组成部分，无论是在地质历史还是现代（Tilman 等，2014；Hull 和 Darroch，2017；Dunhill 等，2024）。然而，森林砍伐对这些生态系统构成了严重威胁，导致栖息地破坏、碳排放、沙漠化、土壤侵蚀和洪水，从而危及生物多样性、气候稳定性和水资源（Chakravarty 等，2012）。此外，森林砍伐减少了化学风化过程，而这一过程对大气中二氧化碳的吸收至关重要，从而削弱了气候反馈机制（Berner，1992）。理解这些动态对于应对现代森林砍伐和生物多样性丧失问题至关重要。
二叠纪至三叠纪的大规模灭绝（PTME）是显生宙最严重的生物危机，导致大约81%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物家族消失（Benton，2016；Stanley，2016；Fan 等，2020）。这一时期，不同地理和气候区域的陆地植物群普遍崩溃，导致了早三叠世的“煤炭空白期”（例如，Retallack 等，1996；Xu 等，2022）。尽管已有研究表明植物对灭绝的响应存在地区差异（Fielding 等，2019；Feng 等，2020a；Chu 等，2025），并且一些研究认为植物的灭绝程度低于动物（Schneebeli-Hermann 等，2017；Nowak 等，2019），但 PTME 仍被视为陆地植物群遭遇的最灾难性事件（McElwain 和 Punyasena，2007；Cascales-Mi?ana 等，2016）。二叠纪至三叠纪大规模灭绝期间陆地生态系统的崩溃通常归因于极端的全球变暖和一系列相关的环境危机，包括广泛的野火、酸雨、加速的土壤侵蚀和平流层臭氧层损耗。这些扰动主要由大量的二氧化碳、二氧化硫和卤素排放引发，并因厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）活动的加剧而加剧（Sephton 等，2015；Benton，2018；Wu 等，2021；Dal Corso 等，2024；Sun 等，2024；Chu 等，2025）。虽然温度升高理论上会增强化学风化作用，但同时发生的干旱和植被退化可能抑制了风化过程，从而破坏了地球自然的风化-气候负反馈系统（Yang 等，2022；Xu 等，2023）。尽管在中高纬度地区（如澳大利亚东部）已经详细记录了植物变化、气候扰动和化学风化过程之间的关系（Fielding 等，2019；Vajda 等，2020；McLoughlin 等，2021），但中国南方类似的高分辨率综合记录仍然缺乏。因此，赤道地区雨林生态系统崩溃、气候变化和风化响应之间的精确时间顺序和因果关系尚未明确（Chen 等，2022；Chen 等，2025；Yang 等，2022；Xu 等，2023）。这些过程的同时性假设仍属于推测性质，有待通过高分辨率地质档案进行严格验证。
为填补这一空白，我们分析了孢子形态以重建中国南方二叠纪至三叠纪期间的高分辨率植物动态，并评估了古气候条件。此外，我们还通过化学改变指数（CIA；Nesbitt 和 Young，1982）和基性改变指数（MIA；Babechuk 等，2014）来评估风化强度的变化。我们的发现为了解地球最严重的大规模灭绝事件期间的事件顺序提供了新的线索，对理解极端变暖情景下的植被-气候-风化反馈机制具有重要意义。
地质背景
二叠纪至三叠纪过渡期间，中国南方位于古赤道附近（大约0°–10°N）（Fig. 1A，Scotese，2021）。我们研究了位于中国西南部富源县以南15公里处钻探的ZK4703钻孔中的大陆二叠纪至三叠纪过渡层（GPS：25.54151°N，104.28994°E；Fig. 1B）。ZK4703中的过渡层按顺序分为宣威组和凯斗组。晚二叠世的宣威组主要由灰黄色和绿色岩层构成
材料与方法
我们在距离最上部宣威组到最下部凯斗组7米的过渡区域进行了平均间隔为0.9米的采样，其中关键区域的采样间隔为0.47米（Fig. 2）。为了进行孢粉分析，我们对ZK4703中的31个孢粉富集泥岩样本进行了处理。这些新鲜泥岩样本被粉碎、称重（每个样本20–30克），然后用盐酸（HCl）和氢氟酸（HF）进行浸渍处理。
孢粉学分析
对ZK4703岩芯的孢粉学分析显示，在二叠纪至三叠纪过渡期间存在五种不同的植物组合，这是根据孢子和花粉类群的相对丰度分层确定的（Fig. 2）。Leiotriletes–Yunnanospora–Tripartites组合（组合1）出现在宣威组上部的674.50米至690.00米深度以及凯斗组底部（Fig. 2）。该组合以常见的Leiotriletes属植物（12.4%–38.2%）为特征
二叠纪至三叠纪过渡期间的两阶段热带植物危机
在二叠纪晚期，中国西南部的植被以蕨类植物主导的雨林生态系统为特征，这通过Gigantopteris植物的巨型化石以及我们在研究区域识别出的Leiotriletes–Yunnanospora–Tripartites孢粉组合得到证实（Fig. 4）。这一组合与其他晚长兴期的中国南方孢粉组合一致
结论
中国西南部的二叠纪至三叠纪热带植物危机分为两个阶段：首先是蕨类植物主导的雨林生态系统崩溃，随后是 Isoetalea 草本植物的消亡。这些连续的湿地植被变化是由逐渐加剧的季节性干旱驱动的，这不仅直接引发了植物群的更替，还从根本上抑制了化学风化过程。风化效率的下降反过来又影响了...
作者贡献声明
吴文超：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，软件使用，项目管理，方法论，研究设计，资金获取，正式分析，数据管理，概念构建。楚大良：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，监督，资源协调，项目管理，方法论，研究设计，资金获取，正式分析，概念构建。曹一然：撰写 – 审稿与编辑，可视化，方法论
未引用参考文献
Feng 等，2020b
利益冲突声明
无。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFF0808100）、国家自然科学基金（项目编号：42030513、42472021、42172031）以及中国博士后科学基金（项目编号：2023M733298）的支持。我们还要感谢姚王在野外采样和孢粉学准备方面的协助。同时，我们也感谢 Christopher R. Fielding 和 Elke Schneebeli 所付出的时间和细致的评审工作。
利益冲突声明
作者声明无利益冲突。
