南极罗斯海地区企鹅粪土沉积层的生态环境记录

以罗斯海地区典型企鹅粪土沉积剖面为环境记录的载体，识别出具有明确生态环境意义的元素、同位素等生物地球化学指标，恢复过去几千年企鹅种群数量连续变化的记录，同时采用各种替代性指标和高新技术手段，解读粪土沉积剖面中的气候环境信息和人类活动记录，查明南极罗斯海地区企鹅生态演变与气候环境变化和人类活动之间的联系。在空间上开展不同区域生态环境演化历史的对比研究，求证东、西南极两个典型气候区生态、气候环境演变的关联与差异，总结南极地区企鹅生态对全球气候变化的响应。本项目将充分利用国际合作考察，对南极大陆阿德利企鹅分布数量较多但国内学者很少涉足的罗斯海地区开展研究，这将极大地丰富我们对该地区企鹅生态演变历史的认识，为东西南极的对比提供更详实的数据，大大增强人们对整个南极地区企鹅古生态演化趋势及其对全球气候变化响应过程的理解，提升我们在国际极地生态环境考察和研究方面的影响力。

本项目以在南极罗斯海麦克默多站附近采得的企鹅粪土沉积剖面为主要环境载体，根据沉积学、生物地球化学、有机地球化学、生态地质学等多学科交叉研究方法，对沉积剖面所记录的企鹅古生态环境进行了研究。室内优先选择了五个典型沉积剖面，利用210Pb、 137Cs 年轻年代学和AMS14C定年技术对所分析的剖面建立了可靠的年代学；同时，实验室内对大量样品进行了无机元素和稀土元素（REE）、碳和氮同位素、色素、近红外光谱、元素形态和相态、有机污染物等分析。在获得的大量分析数据基础上，通过统计分析手段和环境介质样品的对比分析，识别出S、Se、As、P、Cu、Zn和Cd是罗斯海地区企鹅粪土沉积层的标型元素组合特征，并在全球范围内开展了对比研究，发现具有相似营养级的海鸟在层圈界面物质生物传输方面具有很大的共性；识别出罗斯海地区企鹅粪土沉积物中同位素具有独特的生态环境意义，碳同位素可以有效区分有机质的企鹅粪和藻类来源，并可作为指示鸟粪输入量相对多少的独立指标，而沉积物样品盐酸处理前后δ15N差值（Δ15N）具有表征沉积剖面中鸟粪影响强弱的生态环境意义；发现沉积剖面中的REE和企鹅标型元素呈现反向变化，可被用来恢复历史上该地区的企鹅数量变化；综合具有确切生态环境意义的元素、同位素地球化学指标，并结合物理光谱的分析方法，重建了罗斯海地区企鹅数量变化的历史记录，并对比了空间上的变化特征，发现过去1500年Cape Bird无冰区企鹅数量的高峰在不同研究点存在着明显的接替特征，中部地区在约1400-900 AD间栖息的企鹅数量较多，而在东南方向和北部现代企鹅聚居地在1400 AD左右企鹅数量迅速增加，反映了气候变化导致的栖息地地形地貌改变对罗斯海企鹅数量的快速影响，而在近200年来罗斯海地区企鹅数量出现快速增加趋势，这可能与全球变暖的气候环境相关，研究结果进一步证明企鹅是气候和环境变化的灵敏指示生物。与此同时，对企鹅的生物传输作用进行了研究，发现企鹅粪的输入为脆弱的南极生态带来营养物质的同时，也带来了Hg、As和有机污染物。相关研究结果加深了我们对罗斯海地区企鹅粪土沉积物的地球化学特征和企鹅生态演变历史的认识，有助于人们对南极地区企鹅古生态演化趋势及其对全球气候变化响应过程的理解。