項(xiàng)目簡(jiǎn)介：   本項(xiàng)目屬于地球與環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域。本項(xiàng)目圍繞全球變化生態(tài)響應(yīng)這一核心問題，以含企鵝糞和生物殘?bào)w的沉積序列為過去環(huán)境信息的載體，運(yùn)用多學(xué)科交叉的方法，提出了沉積層中企鵝糞標(biāo)型元素組合，探討了企鵝過去幾千年來種群數(shù)量時(shí)空變化及其與氣候環(huán)境變化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)新冰期曾經(jīng)導(dǎo)致企鵝數(shù)量銳減；提出了研究南極典型海洋動(dòng)物古生態(tài)演化的生態(tài)地質(zhì)學(xué)方法。在此基礎(chǔ)上，通過海豹糞與海豹毛的研究，恢復(fù)了距今1500年海豹數(shù)量變化及其對(duì)冰蓋進(jìn)退的響應(yīng)；發(fā)現(xiàn)糞土層中可溶相87Sr/86Sr以及N同位素組成的變化是研究南極生態(tài)變化敏感的指示計(jì)；首次重建了3000年來企鵝糞中Pb含量變化，揭示出工業(yè)革命以來人類活動(dòng)已經(jīng)影響到南極生態(tài)圈；發(fā)現(xiàn)糞土層中海豹毛的汞含量和早期人類金銀提煉等活動(dòng)盛衰的史實(shí)之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；分析了南極地區(qū)F的地球化學(xué)行為及其對(duì)生態(tài)的影響; 系統(tǒng)研究了南極苔原C、N、S等元素在不同圈層界面上的循環(huán)過程。

本項(xiàng)目發(fā)表學(xué)術(shù)論文55篇，代表性研究成果發(fā)表在《Nature》上，被認(rèn)為"是一種研究南極湖泊集水區(qū)歷史時(shí)期企鵝數(shù)量新穎的生物地球化學(xué)方法，在不久的將來，它很可能形成某種活躍的研究領(lǐng)域"。研究成果直接推動(dòng)了"南極無(wú)冰區(qū)生態(tài)地質(zhì)學(xué)"的形成與發(fā)展。"Nature"網(wǎng)站對(duì)本項(xiàng)目研究成果作為"研究亮點(diǎn)"進(jìn)行了專題評(píng)述；美國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)也對(duì)本項(xiàng)目成果進(jìn)行了報(bào)道；美國(guó)權(quán)威綜述性學(xué)術(shù)刊物《Science Progress》邀請(qǐng)撰寫了綜述性文章；世界氣候變化研究權(quán)威機(jī)構(gòu)"美國(guó)二氧化碳和全球變化研究中心"在該機(jī)構(gòu)出版的"CO2 Science Magazine"上對(duì)該文進(jìn)行了專題評(píng)論，認(rèn)為應(yīng)重新評(píng)估目前氣候劇烈變化對(duì)南極生物多樣性影響。國(guó)際環(huán)境界最權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Envion Sci Technol 》引用本項(xiàng)目9篇論文進(jìn)行了有關(guān)“水環(huán)境體系中污染物生物介質(zhì)傳輸”的專題評(píng)述；英國(guó)著名古湖沼學(xué)家Hodgson等在極地古環(huán)境研究專著中引用本項(xiàng)目有關(guān)"企鵝數(shù)量變化"與"糞土層中Pb"研究成果介紹南極和亞南極古湖沼研究進(jìn)展。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

1.提出了Sr, F, S, P, Se, Ba, Ca, Cu, Zn等九種元素是企鵝糞土沉積的標(biāo)型元素組合（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)，1，10）；

2.利用企鵝糞標(biāo)型元素，并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法（Q類因子分析方法）恢復(fù)了近3000年來企鵝數(shù)量的變化及其與環(huán)境變化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)1800-2300年的"新冰期"企鵝數(shù)量銳減（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)，1，10）；

3.通過海豹毛、海豹糞土層標(biāo)型元素，恢復(fù)了距今1500年以來南極海豹種群數(shù)量的變化及其與環(huán)境變化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)距今750-500年和距今1400-1100年海豹數(shù)量較多；距今1100-750年和距今500-200年海豹數(shù)量較少（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)，2，10）；

4.發(fā)現(xiàn)企鵝與海豹糞土層中可溶相87Sr/86Sr比值和δ15N值能夠用來作為南極海洋動(dòng)物歷史時(shí)期種群大小的新的指示計(jì)，提供了一種研究海鳥海獸生態(tài)歷史的新的研究方法（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)，3，10）；

5.發(fā)現(xiàn)阿德雷島企鵝聚居地在波動(dòng)中縮小，而巴登半島企鵝聚居地在波動(dòng)中擴(kuò)大；建立了南極企鵝聚居地變動(dòng)的生態(tài)模型。根據(jù)此模型可以確認(rèn)歷史時(shí)期企鵝聚居地的變動(dòng)（環(huán)境生態(tài)學(xué)，9，10）；

6.首次分析了3000年企鵝糞重金屬鉛的濃度和最近幾十年有機(jī)氯農(nóng)藥在糞土層中的記錄，發(fā)現(xiàn)200年來人類活動(dòng)已經(jīng)對(duì)南極生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響（環(huán)境毒理學(xué)，4，10）；

7.發(fā)現(xiàn)受到企鵝糞影響的土壤、植被和水體中F濃度都比較高，企鵝骨骼中具有致命的F濃度，該生物種群未患有氟骨病的原因很可能是在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中適應(yīng)高氟食料磷蝦的結(jié)果（環(huán)境毒理學(xué)，10）；

8.通過法爾茲半島古海蝕龕沉積的古環(huán)境記錄研究，恢復(fù)了距今4600年以來該區(qū)冰蓋的進(jìn)退歷史、地殼均衡抬升事件及古氣候變化等高分辨古環(huán)境信息，并證明古海蝕龕沉積是研究南極無(wú)冰區(qū)和冰緣地區(qū)古環(huán)境演化歷史的一種新的地質(zhì)載體（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)，9，10）；

9. 采用密閉箱法首次對(duì)南極苔原土壤CH4、N2O通量進(jìn)行了系統(tǒng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在南極極端環(huán)境下鳥糞土顯示了高的CH4、N2O排放量，表明鳥糞土是南極大氣中CH4、N2O的重要來源（環(huán)境生態(tài)學(xué)，6）；

10.通過對(duì)南極新鮮的企鵝糞及其糞土層揮發(fā)性組分的化學(xué)分析；首次發(fā)現(xiàn)企鵝糞是南極大氣中硫組分的一個(gè)新來源（環(huán)境生態(tài)學(xué)，5）；

11. 首次將同步輻射加速器X熒光微區(qū)分析技術(shù)應(yīng)用于南極生物組織研究（環(huán)境生態(tài)學(xué)，7）；

12. 首次分析了生物糞土和海豹毛中Hg的記錄及其與大區(qū)域人類文明之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)海豹毛中Hg的波動(dòng)與歷史時(shí)期全球一些主要的金銀提煉活動(dòng)盛衰具有時(shí)間上的對(duì)應(yīng)性，為Hg的全球傳輸性提供了證據(jù)（環(huán)境毒理學(xué)，10）。

主要完成人：

1.  孫立廣

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，進(jìn)行了極地考察與采樣，提出本項(xiàng)目的關(guān)鍵學(xué)術(shù)思想和技術(shù)路線。提出識(shí)別企鵝糞的標(biāo)型元素組合方法(發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1)；恢復(fù)了3000年來企鵝（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2）、1500年海豹（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3）數(shù)量記錄；提出了企鵝聚居地變動(dòng)的模型（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5）；提出用同位素手段研究南極海鳥海獸生態(tài)歷史（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4）；研究了南極糞土層Pb（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)6）、Hg（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)12）的污染歷史，提出古海蝕龕沉積環(huán)境研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)8）和苔原溫室氣體研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)9）等, 是10篇代表性論文（專著）的通訊作者。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的100%。

2.  謝周清

項(xiàng)目主要參加者，1998-1999年參加了中國(guó)第十五次南極科考采集樣品: 參與了歷史時(shí)期企鵝數(shù)量與氣候變化的研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2）；研究了南極環(huán)境介質(zhì)中的F（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)7）； 提出企鵝糞來源的硫是南極大氣新的硫源（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)10）；應(yīng)用加速器X熒光分析方法研究了南極生態(tài)樣品等(發(fā)現(xiàn)點(diǎn)11), 是代表性論文(專著)1, 4, 5, 7, 10的主要作者。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的100%。

3.  朱仁斌

項(xiàng)目主要參加者，2001-2002年參加了中國(guó)第十八次南極科考并采集樣品。參與了南極企鵝聚居地生態(tài)模型的研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5），對(duì)糞土層中Sr同位素進(jìn)行了地球化學(xué)分析（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4）；對(duì)南極苔原溫室氣體排放通量進(jìn)行了分析研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)9）, 是代表性論文(專著)3, 6, 9的主要作者。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的100%。

4.  劉曉東

項(xiàng)目主要參加者，2001-2002年參加了中國(guó)第十八次南極科考并采集樣品。參與了古海蝕龕沉積環(huán)境的研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)8）；對(duì)海豹糞土層進(jìn)行了元素地球化學(xué)分析（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3）；對(duì)糞土層中氮同位素進(jìn)行了分析研究（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4）, 是代表性論文(專著)2, 8, 10的主要作者。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的100%。

5.  尹雪斌

項(xiàng)目主要參加者，1999-2000年參加了中國(guó)第十六次南極科考并采集樣品。參與研究了南極生物糞、海豹毛中Hg等重金屬（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)12）、有機(jī)污染物（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)6）的變化及其與人類文明活動(dòng)之間的關(guān)系, 是代表性論文(專著)2, 10的主要作者。在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的100%。

10篇代表性論文：

1.   A 3,000-year record of penguin populations/Nature

2.   A 1500-year record of Antarctic seal populations in response to climate change/Polar Biology

3.   HCl-soluble 87Sr/86Sr ratio in the sediments impacted by penguin or seal excreta as a proxy for the size of historical population in the maritime Antarctic/Marine Ecology-Progress Series

4.   Changes in lead concentration in Antarctic penguin droppings during the past 3,000 years/Environmental Geology

5.   A potential source of atmospheric sulfur from penguin colony emissions/Journal of Geophysical Research

6.   Emissions of nitrous oxide and methane from Antarctic Tundra: role of penguin dropping deposition/Atmospheric Environment

7.   Analysis of the distribution of chemical Element in Adelie Penguin bone using synchrotron radiation X-ray fluorescence/Polar Biology

8.   Sediments in palaeo-notches: potential proxy records for palaeoclimatic changes in Antarctica/Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology

9.   Geochemical evidence for rapid enlargement of gentoo penguin colony on Barton Peninsula in the maritime Antarctic/Antarctic Science

10.  專著: 南極無(wú)冰區(qū)生態(tài)地質(zhì)學(xué)