企鹅粪海豹毛记载南极千年沧桑

通过研究南极湖泊沉积千年的企鹅粪和海豹毛“遗迹”，科学家们居然可以“管中窥豹”从中发现极地生态环境的沧桑变迁——这是极地研究专家、中国科学技术大学极地环境研究室主任孙立广教授近日在此间披露的最新研究成果。     

南极阿德雷岛湖泊沉积:企鹅粪土层识别

在 CHINARE- 1 5考察期间 ,采集了南极阿德雷岛 Y2湖 67.5cm长的一支湖芯。室内分析测试了部分化学元素的含量 ,与南极西湖沉积物、新鲜企鹅粪、阿德雷岛鸟粪土和南沙太平岛鸟成土的元素特征进行对比后指出该湖泊沉积物为企鹅粪土。元素的聚类分析结果表明该粪土的元素标型组合包括 P、S、Sr、Ba、Cu、Zn、Se、Ca和 F等 9种元素。这为进一步解释其中所记录的气候环境事件提供了依据。     

南极拜尔斯半岛企鹅粪土沉积物元素地球化学特征

拜尔斯半岛位于南极利文斯顿岛最西部,是南设得兰群岛中最大的无冰区。对采自拜尔斯半岛的一根长55 cm的企鹅粪土沉积柱P1进行了元素和同位素地球化学分析。通过对沉积物C/N、有机质来源和δ15N的分析,发现P1沉积剖面中有机质主要来源于企鹅粪。利用富集系数、相关性分析、主成分分析等统计分析方法,识别出该沉积剖面中P、F、Cu、Hg、As、S六种元素具有共同的来源,与企鹅粪的输入密切相关,并且这些元素与TOC和δ15N显著正相关,说明沉积剖面中这些元素含量主要受控于企鹅粪的输入程度。通过与长城站区阿德雷岛、东南极戴维斯站加德纳岛企鹅粪土沉积物的标型元素特征比较,发现上述三个地区的标型元素组合大体上一致,反映了整个南极地区企鹅粪土沉积物生物标型元素组合的共性。研究结果为进一步恢复该地区的企鹅种群数量演化,及其对气候变化的响应提供了可能。     

南极阿德雷岛企鹅粪土沉积物分子地球化学特征

本文分析了南极阿德雷岛Y2湖企鹅粪土沉积层的有机地球化学组成与分布。结果表明企鹅粪土沉积层中正构烷烃以C23为主峰,主要来源于冻土湖沼苔藓植物,样品中高含量的烯烃说明其有机质保存良好。醇类以高浓度的植醇和胆甾烷醇为主,胆甾烷醇和胆甾醇浓度曲线一致,并与企鹅粪土层中的无机元素标型组合的曲线相似,可以作为灵敏的企鹅数量指示剂。酸类组分中以C18饱和脂肪酸为主,在南极低温的环境下,C18∶2酸浓度很低,在很多层次中未检测到,可能是因为Y2沉积物中C18酸以及C18∶2酸主要受企鹅粪影响,而非植被影响。同时在酸性组分中也发现高浓度的胆甾酸。Y2湖中的甾类标志物,甾烯、甾醇、胆甾酸均以C27结构为主,组成单一,低浓度的甾烯和高浓度的甾醇,胆甾酸说明甾类化合物主要受企鹅粪便影响,甾醇和胆甾酸保存良好。综合Y2湖的生物标志物的性质,该沉积物有机质保存良好,主要来源于企鹅粪。     

南极企鹅和贼鸥骨骼中的稀土研究

利用电感偶合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了南极长城站区和中山站区企鹅和贼鸥骨骼中稀土元素,两种海鸟骨骼中稀土总量∑REE介于0.8-3.5μg/g,并具有明显富集轻稀土的特征。企鹅和贼鸥骨骼中稀土元素总量存在显著的种间和地区差异,长城站的∑REE为:金图企鹅>贼鸥>帽带企鹅,而中山站的情况是:金图企鹅>贼鸥>阿德利企鹅,且长城站海鸟骨骼稀土含量明显高于中山站的同种个体。两种海鸟不同部位骨骼稀土含量也具有显著差异,腿骨明显高于翅骨,约为翅骨的2倍。南极海鸟骨骼稀土配分模式相对富集LREE,呈现负斜率变化,HREE则呈现平坦型;企鹅和贼鸥骨骼具有不同的稀土配分模式,对海水没有明显的继承性,是食物链和海鸟生理机制的综合反映,以及受陆源环境的影响。     

反射光谱技术:研究南极企鹅古生态演化的一种新方法

为探求快速、廉价、无损和同步的光谱技术在南极生态环境研究中的可能性,本文利用南极阿德雷岛的四根企鹅粪土沉积柱样品的反射光谱,通过逐步多元线性回归和主成分回归两种数学运算方法,建立了反射光谱数据与企鹅粪九种标型元素浓度之间的关系,并探讨了南极企鹅粪土沉积物光谱数据的古生态意义。结果表明:南极粪土沉积样品反射率光谱与企鹅粪九种标型元素(P、Ca、Cu、F、Ba、S、Zn、Sr、Se)含量之间存在良好的相关性,预测值与实测值之间的相关系数R都达到了0.9以上,在深度剖面上预测浓度与实测浓度具有非常一致的变化趋势;南极粪土沉积物光谱数据包含有明确的古生态变化信息,可利用主成分分析快速恢复历史时期企鹅数量演化过程。本研究结果为在偏远的南极地区开展古生态环境研究提供了一种新的快捷方法和技术途径。     

南极阿德雷岛淡水湖沉积物细菌群落研究

应用样品直接稀释涂布平板法,从南极阿德雷岛淡水湖沉积物中分离得到34株菌,并进行了生理生化性质检测。根据其16SrDNA全长序列所进行的系统发育分析表明,分离菌株分属于革兰氏阳性菌:节杆菌(Arthrobacter)、红球菌(Rhodococcus)、葡萄球菌(Staphylococcus);gamma-变形细菌(gamma-proteobacteria):假单胞菌(Pseudomonas)、不动杆菌(Acinetobacter)、寡养单胞菌(Stenotrophomonas);beta-变形细菌(beta-proteobacteria):紫色杆菌(Janthinobacterium);拟杆菌门(Cytophaga-Flexibacteria-Bacteroides):假结核棒杆菌(Cytophaga)、土地杆菌(Pedobacter)等9个属。分离的菌株在4℃条件下能产生多种大分子物质水解酶类,其中32%的菌株能产生脂肪酶,18%的菌能够水解明胶或者产生卵磷脂酶。同时对沉积物垂直方向的可培养细菌生物量进行了分析,表明阿德雷岛企鹅排泄物输入量对微生物分布有较大影响。     

“冰山与企鹅”教学设计的特点与启示

一、“冰山与企鹅”教学设计 美国地理学科中有个内容为“冰山与企鹅”。皇企鹅是体型最大的企鹅,并且是唯一在南极冰盖过冬的企鹅。它们在冬季繁殖,一次只孵化一个幼雏。母亲必须到50英里外的海域寻找食物,然后返回到自己的栖息地,反刍喂养它的幼雏。与此同时,父亲忙着孵卵,在孵化后要为它保暖。当幼雏逐渐长大后,母亲和父亲都要去海洋寻找食物。在去海洋的途中,皇企鹅面临着诸多危险,包括海豹、难以逾越的冰通道等。近来,冰通道问题在一些地方进一步恶化,因为一些巨大的冰山插入冰原,并高耸在那里,这使得企鹅的旅途更加艰巨,要花更长的时间。     

南极企鹅粪土沉积柱样、蛋卵中OCPs、PCBs含量分布及其环境意义

对南极阿德雷岛企鹅栖息地粪土层进行210Pb测年,同时采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)内标定量法测定了企鹅栖息地粪土混合地层和企鹅蛋卵中有机氯污染物含量,粪土混合地层中有机氯污染物最高浓度:表层PCBs为0.92ng/g,HCHs为0.42ng/g,DDTs在0.70ng/g,与非栖息地相比较,研究结果显示,通过鸟类活动的粪土混合地层(营巢和粪便)输入PCBs和OCPs含量比无鸟类生命途径的土壤相对要高。企鹅蛋卵样∑PCB在0.4-10.2ng/g,∑DDT2.4-10.3ng/g,HCB0.1-9.4ng/g,∑HCH0.1-0.5ng/g,总积蓄水平依次为:∑PCB>∑DDT>HCB>∑HCH。     

“硝烟弥漫”的南极

2007年3月1日，2007／2008“国际极地年”在全世界多个分会场同时拉开帷幕，这一科学界的“奥林匹克盛会”，吸引了63个国家的5万多名科学家，总投入达2000亿美元之多。在“南极热”席卷全球之时，人们不禁要问，是什么力量倏然掀起了这股狂潮？科学家回答：这是一场“战争”，谁丧失了南极这个“主战场”，谁就丧失了21世纪后半叶到22世纪的资源发展空间。南极洲是地球上唯一没有土著人居住的大陆，但是南极洲一直是国际社会关注和纷争的焦点。实际上，人类对南极探险发现伊始就带有很强的疆土扩展、资源掠夺的政治色彩。尤其是经济、科技发达的国家，对南极的领土和资源的欲望从来没有减弱过，他们千方百计想染指南极大陆，独霸南极资源，并从各自的国家利益出发，对南极提出领土主权要求。目前南极纷争愈演愈烈，硝烟弥漫。     

南极典型海洋动物粪氨气挥发过程的实验模拟研究

南极海洋动物粪氨(NH3)的挥发与沉降过程是无冰区苔原生态系统氮素重要来源,对维持苔原生态系统的稳定起着重要作用;但目前对于南极典型海洋动物粪氨的挥发过程仍然很少有研究报道。本文通过室内模拟,研究了低温(4℃左右)与冻融条件下南极帝企鹅粪、阿德利企鹅粪和海豹粪土氨气产生与排放过程及其影响因素,结果表明:帝企鹅粪氨气排放通量最大,变化范围为0.765-17.4mg·kg-1·h-1,平均通量约为6.26mg·kg-1·h-1;阿德利企鹅粪氨气排放通量变化范围为0.652-3.707mg·kg-1·h-1,平均通量约为1.27mg·kg-1·h-1;而海豹粪土氨气排放通量很小,平均通量约0.141mg·kg-1·h-1。冻融过程对帝企鹅粪氨气排放通量影响很大,而对阿德利企鹅粪影响较小。另外,帝企鹅粪和阿德利企鹅粪氨气排放量在通气条件下明显大于封闭条件,表明南极野外大风条件下可能加速海洋动物粪氨的挥发过程。本文模拟的结果对于进一步研究南极生物圈氨的挥发过程及其对南极苔原生态系统氮循环的影响具有重要意义。     

阿德雷岛企鹅种群分布、繁殖行为及其环境影响因子分析

2006/2007夏季对南极长城站地区的企鹅种群数量、分布及其繁殖行为进行了生态学调查与研究,共记录到5种企鹅:白眉企鹅、阿德利企鹅、纹颊企鹅、王企鹅和帝企鹅,前3种企鹅在本地区繁殖,后2种为本区旅鸟。阿德雷岛是本地区最重要的企鹅繁殖地,2006/2007南极夏季阿德雷岛上繁殖的企鹅约为9724只,繁殖期后的企鹅总数约为17220只,繁殖成功率为0.40—1.41只/对。通过与历史资料对比,初步分析了近年来在本地区繁殖的企鹅数量与种群结构的变化趋势及其与气候、环境、人类活动的关系。     

地球的“安全岛”——南极大陆

众所周知，世界上绝大多数国家都遭受地震灾害的威胁，每年全球大约发生20起严重地震，特别是环太平洋和地中海——喜马拉雅山地带是世界上地震最频繁的两大“热点”。如1960年智利南部发生本世纪以来最大的地震，震级达8．5级，1978年7月中国唐山发生的7．8级大地震等，都发生在这两大“热点”地区。然而，地处太平洋南端的南极大陆情况却截然不同。     

英国计划去南极“圈地”

由于地球能源危机愈演愈烈,各国针对极地的“圈地”运动也在或明或暗地紧张进行。一边是环北冰洋五国对北极地区的争夺正酣,而另一边一些国家染指“资源宝库”南极大陆的欲望也与日俱增。据悉,英国外交部正计划向联合国提出申请,要求获得对南极洲100万平方公里海床的主权权利。     

1999年和2000年夏季南极菲尔德斯半岛N_2O浓度对比

1999与 2 0 0 0年夏季对南极菲尔德斯半岛不同地点大气中 N2 O浓度进行了监测 ,分析了苔藓植被区 N2 O浓度季节变化特征 ;2 0 0 0年夏季该植被区 N2 O浓度均值为 ( 31 0 .7± 4.4)×1 0 - 9(体积百分比 ) ,比 1 999年的 ( 32 1 .9± 3.3)× 1 0 - 9约低 1 1× 1 0 - 9;阿德雷岛企鹅滩及其沙坝处N2 O浓度变化趋势与苔藓植被区相一致 ,浓度均值分别为 ( 31 2 .4± 5 .1 )× 1 0 - 9和 ( 31 2 .7± 5 .3)× 1 0 - 9,比 1 999年约低 9× 1 0 - 9;另外 ,不同地点大气中 N2 O浓度普遍比 1 999年低 ,但整体变化规律相似 :各考察站区 N2 O浓度普遍高于无人区 ;唯一例外的是企鹅聚集区 N2 O浓度却高于各考察站区 ,暗示了企鹅及其排泄物、人为源是南极大气中 N2 O主要的源。本文初步探讨了 N2 O浓度异常降低的原因     

1999年和2000年夏季南极菲尔德斯半岛N_2O浓度对比

1999与 2 0 0 0年夏季对南极菲尔德斯半岛不同地点大气中 N2 O浓度进行了监测 ,分析了苔藓植被区 N2 O浓度季节变化特征 ;2 0 0 0年夏季该植被区 N2 O浓度均值为 ( 31 0 .7± 4.4)×1 0 - 9(体积百分比 ) ,比 1 999年的 ( 32 1 .9± 3.3)× 1 0 - 9约低 1 1× 1 0 - 9;阿德雷岛企鹅滩及其沙坝处N2 O浓度变化趋势与苔藓植被区相一致 ,浓度均值分别为 ( 31 2 .4± 5 .1 )× 1 0 - 9和 ( 31 2 .7± 5 .3)× 1 0 - 9,比 1 999年约低 9× 1 0 - 9;另外 ,不同地点大气中 N2 O浓度普遍比 1 999年低 ,但整体变化规律相似 :各考察站区 N2 O浓度普遍高于无人区 ;唯一例外的是企鹅聚集区 N2 O浓度却高于各考察站区 ,暗示了企鹅及其排泄物、人为源是南极大气中 N2 O主要的源。本文初步探讨了 N2 O浓度异常降低的原因     

英国计划去南极“圈地”

由于地球能源危机愈演愈烈,各国针对极地的“圈地”运动也在或明或暗地紧张进行。一边是环北冰洋五国对北极地区的争夺正酣,而另一边一些国家染指“资源宝库”南极大陆的欲望也与日俱增。据悉,英国外交部正计划向联合国提出申请,要求获得对南极洲100万平方公里海床的主权权利。     

南极长城湾及其附近水域浮游动物的种类组成和数量变化

初步鉴定南极长城湾及其附近水域浮游动物 3 5种。南极种挠足类 Calanus propinquus、Calanoidesacutus、Metrdia gerlachei和南极磷虾幼体为调查区的优势种。结果表明 ,调查水域浮游动物种类单纯 ,符合南极水域浮游动物分布的一般规律。调查水域浮游动物总生物量和个体数量具明显的季节变化。夏季主要有 Calanioidisacatus和南极磷虾幼体组成 ,冬季主要有 Metr-dia gerlacher、Calanus propinquus、Oithon similis、O.frigda及南极磷虾幼体组成。挠足类拟成体的数量在各月份中占相当大的比例。水温是制约浮游动物生物量的重要因素。