综述：深时土壤碳酸盐的特征、地质意义及其与植物陆地化的协同演化

《Earth-Science Reviews》：Pedogenic carbonates in deep time: Characteristics, geological significance, and co-evolution with plant terrestrialization

本综述系统阐述了深时土壤碳酸盐（PC）作为陆地无机碳库关键组分与古气候档案的重要价值，重点探讨了其形成机制、矿物学特征、分类框架及其在地质年代学、古气候（如大气CO2浓度、古温度δ18O）重建中的应用，并揭示了自志留纪以来维管植物演化如何通过与微生物协同作用驱动PC形成，重构全球碳循环从双模态（海-气）到三模态（陆-海-气）系统的深远影响。

　　

Characteristics and formation of pedogenic carbonates

土壤碳酸盐（Pedogenic Carbonate, PC）是成土过程中形成的次生碳酸盐矿物，作为陆地无机碳库（Soil Inorganic Carbon, SIC）的核心组成部分，其形态多样，可从弥散于土壤基质中的微米级微晶方解石，到胶结坚硬的层状结壳。PC的形成受控于母质、生物活动与大气CO₂的复杂相互作用，其中植物根系呼吸与微生物代谢产生的土壤CO₂分压升高是关键驱动因素，促使碳酸钙在土壤孔隙中沉淀。最新分类框架强调需区分PC与碎屑或生物成因碳酸盐，并依据形态（如结核、层状）与矿物组成（如方解石、白云石）细化其成因类型，为深时古土壤识别提供标准。

Geological applications of pedogenic carbonates

PC是重建古环境的珍贵档案。其稳定同位素（δ¹³C、δ¹⁸O）可定量反演古大气CO₂浓度（如Cerling模型）、古温度（如氧同位素温度计）及古海拔（如青藏高原隆升研究）；微量元素（如Sr/Ca）与形态特征（如叠层构造）则指示古水文变化与干旱-湿润转型。放射性同位素（如¹⁴C、U-Pb）进一步赋予PC高精度定年能力，支持关键地质界面的年代标定。这些地球化学指标共同构建了多尺度古环境演变模型，但PC在全球碳收支中的定量贡献仍存较大不确定性。

Plant-Pedogenic carbonate interactions: a biogeochemical feedback system in deep time

中古生代植物陆地化（Plant Terrestrialization）彻底改变了PC的形成轨迹。维管植物根系深入土壤，大幅提升土壤CO₂浓度，同时根系分泌物与共生微生物（如菌根真菌）通过酸化局部环境促进硅酸盐风化，释放Ca²⁺与HCO₃^–，为PC沉淀创造必要条件。这一协同作用将陆地碳循环从以海洋-大气为主导的双模态系统，转变为涵盖陆地-海洋-大气的三模态系统，建立了持久的生物地球化学反馈机制。例如，泥盆纪后PC在古土壤中丰度显著增加，直接印证植物驱动的碳循环重构。

The impacts of plant-pedogenic carbonate interactions on the carbon (C) cycle

植物-PC相互作用对碳循环具双重效应：一方面，PC形成伴随硅酸盐风化消耗大气CO₂，构成长期碳汇；另一方面，气候变暖或酸化条件下PC溶解可释放CO₂，形成正反馈。在干旱-半干旱区，SIC储量甚至超过土壤有机碳（SOC），但其气候响应机制尚未量化。当前地球系统模型（ESMs）对PC过程参数化不足，亟需通过跨尺度研究（如微生物矿物界面解析）揭示PC在全球碳预算中的动态角色。

Conclusions

PC不仅是古气候记录者，更是主动调控碳循环的动态组分。深时研究表明，植物演化通过重塑PC形成过程，推动了地球表面碳循环模式的根本转变。未来研究需聚焦全球PC库存精算、模型参数优化及地质尺度下植物-微生物-碳酸盐互作机制解密，为理解过去气候转型与预测未来气候变化提供关键启示。