东南极阿德雷企鹅食谱营养级的历史记录及其生态指示意义

以东南极西福尔丘陵阿德雷企鹅粪土沉积剖面为生态记录载体,运用多学科交叉的研究方法,分析沉积剖面中企鹅残骨、羽毛及粪土沉积物的稳定碳氮同位素比值和特征性元素地球化学指标，结合加速器质谱(AMS)14C定年技术，建立东南极阿德雷企鹅食谱营养级变化的稳定同位素记录，探讨企鹅食谱营养级变化的主要影响因素及其所反映的海洋生态信息；比较企鹅食谱变化与已恢复的企鹅种群数量演变之间的联系；结合海洋古生产力、古气候、古环境变化记录研究阿德雷企鹅食谱营养级对南大洋生态环境的响应关系。本研究将恢复东南极西福尔丘陵阿德雷企鹅食谱营养级变化的历史记录并揭示其反映的海洋生态环境信息，从上层生物古食谱变化的角度认识南大洋生态环境变化，对理解南大洋食物链与气候环境变化之间的相互作用和响应关系具有重要的科学意义，为认识未来南极气候环境变化条件下阿德雷企鹅的生态响应策略提供科学依据，促进生态地质学和稳定同位素生态学的发展。

本项目紧密围绕申请书设定的目标，在按计划实施的同时，又进一步拓展相关研究内容。项目负责人于2011.12至2012.02赴美国南极麦克默多站开展国际合作科学考察，获得大量第一手样品、资料。基于多学科交叉的生态、地质和环境科学等方法，首次利用海豹毛稳定N同位素指标反演了南极菲尔德斯半岛海域磷虾种群密度相对变化，结果显示随着过去百年来南极半岛海域气候的变暖和海冰的退却，该海域磷虾相对种群密度呈现出不断下降的趋势，过去30年来的监测数据支持本研究结果，成果发表在《PLoS ONE》上，这项工作为深入探讨南大洋历史时期磷虾种群数量变化及其影响机制开拓了一种新的研究途径；进一步的研究利用东南极西福尔丘陵企鹅骨骼、羽毛N同位素指标序列重建了全新世以来企鹅食谱变化及其指示的磷虾种群动态，发现历史时期企鹅食谱指示的磷虾动态变化与区域气候、海冰变化具有很好的对应关系，而现代企鹅N同位素的突变亏损则支持有人类活动引起的南大洋‘磷虾过剩假说’，论文发表于Nature旗下《Scientific Reports》上。这2项研究成果发表后受到国内外科学媒体的广泛报道，并分别于2012年和2014年获得年度中国极地科学优秀论文二等奖。在此基础上对本领域研究进展进行了综述和评论，论文发表在《Chinese Science Bulletin》。本项目同时资助研究了企鹅在南极海陆营养物质和重金属污染物迁移、循环过程中的向量传输作用，并进行了估算和评价，研究成果分别发表在国内外核心期刊如《Science of the Total Environment》、、《Chinese Journal of Oceanology and Limnology》和《极地研究》。在本项目资助下，到目前为止共发表SCI论文5篇，国内核心期刊论文1篇；另有1篇在审稿、2篇在准备之中。这些研究成果进一步推动和丰富了生态地质学研究内容，整体上，课题组圆满完成了项目制定的目标、各项任务以及指标。