全新世南极长城站无冰区生态环境演变及对比研究

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1、全新世南极长城站无冰区生态环境演变及对比研究课题性质：课题着重研究南极长城站周围无冰区海鸟、海兽生态的历史纪录和生态环境演变过程。课题主要依托国家自然科学基金重点项目《全新世南极南海典型岛屿对全球变化的生态响应与对比》（负责人：孙立广教授；批准号：40730107）和国家自然科学基金面上项目《南极半岛紫外辐射(UVR)变化的湖泊沉积记录及生态效应》（负责人：刘晓东博士；批准号：40876096）。考察区域：南极长城站所在队次：中国第26次南极科学考察申报单位：中国科学技术大学极地环境研究室；中国科技大学－国家海洋局极地办极地生态地质联合实验室项目负责人：孙立广教授

2、现场执行人：姜珊中国科学技术大学考察类型：度夏1.课题的历史背景、目的和意义人类对南极的认识只有两百多年的历史，对南极湖泊的调查始于第四纪时期，南极冰盖曾多次扩展和收缩，最新的一次较大的扩展和退缩过程显然是与全球范围的晚更新世末次冰期的冰川扩展及全新世气候转暖，冰川退缩相对应。环南极非冰川覆盖区是随着气候转暖，冰川后退而出现的，其间发育的湖泊堆积地层有可能完整地记录着全新世以来的冰川进退和环境演变过程。企鹅、海豹等海洋生物在极地无冰区活动的历史与冰盖进退、气候变化、海平面升降、海洋生产力的大小存在着响应关系，探讨它们之间的相互关系将有助于深入认识全球变化的生态响应

3、，并为评估和预测气候变化对南极生态系统的影响提供充分的科学依据。在过去的几年，孙立广教授负责的课题组围绕生态环境的全球变化区域响应这一核心问题，以南极地区湖泊沉积物为过去环境信息记录载体，应用元素和同位素地球化学、沉积学、冰川学、构造地质学和古生态学、生物地球化学方法、数理统计方法和现代技术方法等，反演了全新世南北极自然环境变化、海鸟和海豹等海洋生物的生态演变及其与全球变化的关系，取得了有特色的研究成果，有力地推动了极地无冰区生态地质学的形成和发展。为了更好地了解其生态环境演化对全球变化地响应，完善极地无冰区生态地质学这个全新研究领域的理论体系，就需要对南极无冰区

4、生态地质学进行多方向的重点考察和研究。近30年来，由于臭氧层的破坏导致到达地表的紫外辐射增强以及南极臭氧空洞的出现引起了人们的广泛关注，人们迫切的想要知道这些现象的进一步发展到底会对人类的存在造成什么样的影响。可是有限的观测资料限制了我们的发挥，为了更好的预测未来地球表面紫外环境的变化以及生态系统的响应过程，科学家开始尝试着去恢复历史时期地球表面紫外辐射的变化。极地地区由于其特殊的地理大气状况，其水生生态系统对紫外辐射强度变化的响应特别敏感。一定强度的紫外线对生物的正常生理活动是有积极意义的，但高强度的紫外线则会对生物带来各种危害。紫外线辐射（UVR）的增加除了对

5、生活在湖泊中的生物个体造成直接损害外，还将导致湖泊生态系统组成、种群结构和生态功能发生变化，这种生态变化最终必将影响全球的气候变化。在全球变暖的大环境下，南极的冰雪覆盖面积会减少，会进一步加剧UVR对湖泊生态系统的影响，为了更好地理解和评估UVR对南极湖泊生态系统的潜在影响，我们就有必要寻找更长时间尺度的UVR强度变化的历史记录。在之前对色素的研究及其文献调研过程中，我们发现：保存在藻类（特别是蓝绿藻）中的某些特定的UV屏蔽色素可以用来指示紫外线的强度变化。它们对外界紫外辐射有很好的响应机制，以保护藻类细胞免受紫外辐射的伤害。在外界紫外辐射增强的情况下，这些色素的

6、含量明显增加，且一旦合成就可长期稳定存在。上述研究将有利于我们全面了解历史时期南极生态系统对紫外辐射增强的响应，从而为在全球变暖的背景下客观评估紫外辐射增强对南极生态系统的可能影响提供科学资料，进一步促进UV气候学和生态地质学的发展。本项目选择南极半岛长城站无冰区作为典型地区进行研究，应用生态地质学基本方法，用微观的生物地球化学记录去探索宏观的生态、气候与环境变化的主题，并在全方位的对比研究基础上，包括南极半岛沿经线的剖面对比，环南极无冰区纬向上的对比，在南北极和高、低纬地区进行全球对比，与冰芯、海洋沉积物、湖泊沉积物等环境载体的古气候记录进行对比，在更大的地域范

7、围内探讨企鹅、海豹的数量、聚居地、食谱的变化与气候、环境和人类文明历史之间的关系，恢复历史时期UVR变化，建立孤岛生态系统的形成与演化模型；区分生态系统形成过程中的自然因素和近现代人为因素。本次野外考察是在前期研究基础上，执行国家自然基金重点项目《全新世南极南海典型岛屿对全球变化的生态响应与对比》和面上项目《南极半岛紫外辐射(UVR)变化的湖泊沉积记录及生态效应》的野外考察采样计划。项目将以长城站作为考察基地，在野外现场考察无冰区生态环境的基础上，找到未受扰动的生物粪土沉积剖面，采集海鸟海兽残骨、蛋壳、毛发和湖藻等生物样品，采集典型湖泊沉积柱样，以此作为环境变化研

8、究的载体，