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。     

南极无冰区典型沉积环境石英砂表面结构特征及其在沉积环境识别中的应用

本文利用电镜扫描方法 (SEM)对比分析了南极乔治王岛无冰区海滩沉积、冰碛物以及阿德雷岛湖泊沉积等典型沉积环境中的石英砂表面结构特征 ,得出了乔治王岛各典型沉积环境中石英砂表面结构特征的颗粒频率曲线。结果表明 :不同沉积环境下的石英砂颗粒表面结构特征具有相似性 ,这主要和南极地区广泛发育的冰川作用有关 ,同时 ,它们也有各自典型的特征组合 ,这些典型特征组合的不同反映了石英砂后期的搬运历史和沉积环境的差异。本文还依据石英砂表面特征的颗粒出现频率 ,利用聚类分析方法对研究区内三级海岸阶地上的沉积物和一个未知成因的样品进行了沉积环境的判别分析 ,结果证明石英砂微形貌特征可以作为南极地区沉积环境识别的有效手段     

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。     

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。     

戴维斯站区与长城站区企鹅粪土层生物标型元素的确定与比较

在中国第22次南极考察(2005/2006)期间,采集了东南极戴维斯站区加德纳岛(GardnerIsland)上一根含企鹅粪的沉积泥芯。分析测试了该沉积物、新鲜企鹅粪和当地基岩中部分化学元素的含量。对元素进行聚类分析并结合对比新鲜企鹅粪、基岩中的部分元素含量特征后得出,该粪土沉积的生物标型元素组合包括P、Se、F、S、As、Cu和Sr等7种元素。这与西南极阿德雷岛企鹅粪土层的生物标型元素组合是基本一致的。在此基础上,对东、西南极企鹅粪土层的生物标型元素进行了优选,得出东南极优选生物标型元素为P和Se,西南极则为F、P和S。这为探讨东南极企鹅数量变化及东、西南极企鹅数量变化的对比研究打下了基础。     

南极普里兹湾柱样中石英颗粒的表面结构

本文统计分析了南极普里兹湾陆坡区一个柱样（ＮＰ９５１）１３个层位的石英颗粒的形态和表面结构。石英表面呈现出强烈的冰川运动和较弱的化学溶蚀－沉淀作用留下的表面特征，表明该沉积物主要是处于低能海洋环境中的冰碛物。石英颗粒因化学溶蚀－沉淀作用形成的组合表面特征的定量统计结果与矿物的Ｘ射线衍射和微体古生物的分析结果相对应，能较好地解释该海区经历的沉积环境和古气候变化。     

东南极企鹅和海豹粪土层细菌群落的变化特征

海洋动物粪土是南极陆地生态系统养分的重要来源,粪土层细菌群落对南极苔原碳、氮循环过程起重要作用,但目前对南极海洋动物粪土层中细菌群落的变化特征却鲜有报道。本文采集了东南极四个企鹅、海豹粪土剖面样品,通过酶活性、微生物量碳、微生物熵、土壤呼吸和DNA浓度测定以及16 S r DNA-DGGE分析,探讨了粪土层中细菌群落变化特征及其与环境因子的关系。土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性、微生物量碳、土壤呼吸和微生物熵随深度增加而递减,而代谢熵增加,表明随深度增加,微生物生存环境恶劣,造成细菌丰度和酶分泌量减小,需更多有机碳进行能量代谢。土壤DNA浓度与pH、含水率、TOC、TN、微生物量碳、土壤呼吸以及酶活性呈高度正相关,表明这些因子对粪土层中细菌种群的丰度有重要影响。DGGE图谱分析证实：东南极海洋动物粪土中含丰富的细菌群落结构,随深度增加泳道带型数量和亮度递减,表明细菌多样性和丰度递减。聚类分析表明：四个剖面随深度泳道带型差异明显,细菌遗传相似性为46%,企鹅、海豹粪土细菌群落差异性尤为明显;发现四个粪土剖面中,细菌丰度与企鹅、海豹粪的相对含量呈协调一致性变化,且表层5cm粪土层细菌丰度最高,表明东南极企鹅和海豹排泄物对土壤中细菌群落多样性变化起重要作用。     

雪隆囊地区堰塞湖溃坝沉积物的石英砂表面微观特征

石英砂表面微结构分析有助于理解沉积物的成因环境。四川省雪隆囊地区位于青藏高原东南缘金沙江上游,该处分布有堰塞湖溃坝沉积物。为了判断其溃坝沉积物的沉积成因和形成环境以及过程,采集石英砂样品并进行扫描电镜分析,初步获得堰塞湖溃坝沉积物石英砂的表面微观结构组合特征是次棱角状及次圆状颗粒为主,颗粒边缘形状为棱脊磨损及次棱脊,表面多为中、低起伏;少量出现贝壳状断口,小撞击坑出现较多,平行解理面少见甚至没有;擦痕、磨光面少量出现;化学溶蚀和沉淀形态包括蚀坑和蚀缝、硅质薄膜和硅质球。结果表明雪隆囊堰塞湖溃坝沉积物在沉积过程中不仅受到强烈的机械撞击作用,而且在后期也有比较强烈的水流作用参与其中,可以为分析溃坝沉积物的沉积过程和沉积环境提供参考。雪隆囊溃坝沉积物石英砂表面微观结构特征与残坡积、冰碛、冰水、冲积、洪积、泥石流、湖相沉积、海洋沉积、风成等沉积环境明显不同。     

增温对南极湖泊沉积物反硝化过程的影响

全球变暖导致的极地地区增温正深刻地改变着极地地区生态系统物质循环过程和速率。目前,增温对南极地区湖泊沉积物氮循环关键过程的影响还鲜有报道。中国第29次南极科学考察期间在南极中山站附近选取了5个湖泊,采集了1处含企鹅粪土的湖泊沉积物(莫愁湖)和4处自然湖泊沉积物(团结湖、大明湖、米尔湖和玉珍湖),利用样品瓶泥浆恒温培养法进行增温模拟,设置低温(1℃)、中温(5℃)、高温(11℃)培养实验。结果表明,低温条件下莫愁湖沉积物反硝化速率和反硝化潜势明显高于自然湖泊沉积物(277.37倍、244.13倍)。一定程度的增温促进了沉积物反硝化速率与反硝化潜势,但过高温度也会抑制部分样点的反硝化速率与反硝化潜势。总体而言,高温条件下自然湖泊沉积物平均反硝化速率分别是中、低温条件下的1.57倍、3.56倍,反硝化潜势为1.91倍、6.31倍;而含企鹅粪土湖泊沉积物反硝化速率为1.17倍、2.08倍,反硝化潜势为0.72倍、1.01倍。增温对自然湖泊沉积物反硝化速率和潜势的影响高于莫愁湖沉积物,但含企鹅粪的莫愁湖沉积物的反硝化速率和潜势具有更高的绝对增量。企鹅粪中较高的硝酸盐、铵盐、磷酸盐以及有机碳含量是...     

The identification and comparison of the bio-elements of the penguin ornithogenic sediments sample from Davis Station and Great Wall Station

During CHINARE-22 in austral summer of 2005-2006,a lake sediment core named DG4,which is impacted by penguin droppings,was retrieved from a lake catchment in Gardner Island of Vesffold Hills,East Antarctica.In this study,the concentrations of characteristic elements in the core,local bedrocks and fresh penguin guanos were determined.P,Se,F,S,As,Sr and Cu in DG4 were identified as the bio-element assemblage by R-clustering analysis and compared with those in the local bedrocks and fresh guanos,the results are similar to Y2 in Ardley Island,Antarctic Peninsula.On this basis,P and Se were identified as the optimum bio-elements in DG4 and F,P and S were identified in Y2,respectively.This work will provides the foundation for reconstructing the past penguin populations in Gardner Island of Vest- fold Hills,East Antarctica and comparing the penguin population dynamics between East Antarctica and Antarctic Peninsula.     

Reflectance spectroscopy: a new approach for reconstructing penguin population size from Antarctic ornithogenic sediments

Reflectance spectroscopy has several advantages compared to traditional chemical methods in paleolimnology. It requires little cost, involves minimal or no sample preparation and is rapid. There has, however, been limited use of reflectance spectroscopy in polar paleolimnological studies. This paper explores the application of reflectance spectroscopy to reconstruct historical changes in penguin population size in the maritime Antarctic. Two ornithogenic sediment cores on Ardley Island, Antarctica were analyzed. Penguin droppings and weathered soils were analyzed as reference materials. Principal component analysis and linear mixing modeling were performed on the spectral data to estimate the proportion of penguin guano in the sediments and these values were used to infer historical penguin population numbers. Historical penguin population size versus time, reconstructed from reflectance spectra, and population numbers inferred from previous geochemical analysis of bio-elements, were quite similar. Our results illustrate the feasibility of rapidly inferring historical changes in penguin population size using reflectance spectroscopy on Antarctic ornithogenic sediments. Our findings suggest that this technique has potential for reconstructing past population numbers of other seabirds and mammals using lake sediments influenced by animal excrement.     

1999/2000年夏季南极普里兹湾及湾口区叶绿素a和初级生产力

20 0 0年 1月 1 9日至 2 7日在 70°3 0′E- 75°3 0′E,6 2°S以南的南极普里兹湾近岸陆架区的陆隆向深海区设三条纵断面进行浮游生物现存量、真光层深度和光合作用速率的现场观测。并在冰间湖站 - 1 2进行连续昼夜观测。结果表明 ,观测海区叶绿素 a浓度高值位于近岸海湾、冰间湖和测区中部的陆坡区 ;陆坡中部站 - 6和 - 8,0 - 5 0 m的浅水层为叶绿素 a高值区 (2 .1 6- 5 .0 8μg/dm3 )。各测站平均叶绿素 a浓度 2 5 m次表层 (1 .49± 1 .6 1 μg/dm3 )高于表层 (1 .1 4±1 .1 9μg/dm3 ) ,5 0 m以下更深层的浓度随深度的增加而降低 ,2 0 0 m层叶绿素 a浓度仅 0 .0 3±0 .0 2μg/dm3 。昼夜观测结果表明表层叶绿素 a浓度在南极夏季的午后出现最大值 ,晨间出现最小值 ;2 5 m以浅水层的叶绿素 a浓度明显高于深层水 ,与封冰消融冰藻的释放有关。测区真光层潜在初级生产力为 0 .76 - 1 2 .5 9mg C/(m3· h) ,平均值为 4.0 1± 4.0 7mg C/(m3· h) ;海湾和陆架区现场生产力均超过 1 .5 g C/(m2 · d) ,陆坡、深海区约 0 .5 g C/(m2 · d)。高生产力位于高生物量的近岸海湾、陆架冰间湖区。光合作用同化数在 0 .88- 3 .1 0 mg C/(mg Chla· h)。表层叶绿素a浓度与海水中溶解氧浓度呈紧密相关 (Y=0 .0 5 9X     

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。     

南极无冰区古海蚀龛沉积──古环境研究的新材料

首次在西南极菲尔德斯半岛长城站地区发现了保存完好的古海蚀龛沉积物 ,研究表明它是后期冰水湖泊沉积环境下的产物 ,该沉积剖面的形成环境反映了本地区距今 46 0 0年以来地貌演化、冰盖进退与古气候的演化过程。古海蚀龛沉积剖面的发现 ,为目前主要基于湖泊沉积物、海洋沉积物及冰芯等进行的南极无冰区古环境研究领域 ,提供了一种新的研究载体。     

Provenance and depositional environment of epi-shelf lake sediment from Schirmacher Oasis,East Antarctica,vis-à-vis scanning electron microscopy of quartz grain,size distribution and chemical parameters

The scientific study of quartz grains is a powerful tool in deciphering the depositional environment and mode of transportation of sediments, and ultimately the origin and classification of sediments. Surface microfeatures, angularity, chemical features, and grain-size analysis of quartz grains, collectively reveal the sedimentary and physicochemical processes that acted on the grains during different stages of their geological history. Here, we apply scanning electron microscopic (SEM) analysis to evaluating the sedimentary provenance, modes of transport, weathering characteristics, alteration, and sedimentary environment of selected detrital quartz grains from the peripheral part of two epi-shelf lakes (ESL-1 and ESL-2) of the Schirmacher Oasis of East Antarctica. Our study reveals that different styles of physical weathering, erosive signatures, and chemical precipitation variably affected these quartz grains before final deposition as lake sediments. Statistical analysis (central tendencies, sorting, skewness, and kurtosis) indicates that these quartz-bearing sediments are poorly sorted glaciofluvial sediments. Saltation and suspension seem to have been the two dominant modes of transportation, and chemical analysis of these sediments indicates a gneissic provenance.