1998/1999年南极夏季普里兹湾及北部海区叶绿素a和初级生产力的分布特征

1998 /1 999年南极夏季 ,作者随“雪龙船”在南极普里兹湾及其北部海区 (63° - 69°1 2′S ,70°30′- 75°30′E) 3条断面 2 4个测站进行浮游生物现存量和初级生产力的现场观测 ,研究叶绿素a浓度和初级生产力的分布特征。测区表层叶绿素a浓度为 0 .1 6 - 3 .99μg/dm3,普里兹湾内和湾西部四女士浅滩海域浓度在 3 .5μg/dm3以上 ;平面分布趋势从湾内向西北方向递减 ,深海区浓度在 0 .5μg/dm3以下。从垂向看叶绿素a浓度的最大值大多出现于 2 5m或 50m层 ,50m以下更深层的浓度随深度的增加而降低 ,2 0 0m层叶绿素a浓度分布范围为 0 .0 1 - 0 .95μg/dm3。粒径分级叶绿素a浓度以微小型浮游生物的贡献占优势 (56 % ) ,微型浮游生物的贡献占2 4 % ,微微型浮游生物的贡献占 2 0 %。测区潜在初级生产力为 0 .1 1～ 1 1 .67mgC/(m3·h) ,平均值为 2 .0 0± 2 .80mgC/(m3·h)。高生产力区位于普里兹湾 ,平均现场生产力达到 0 .86gC/(m2 ·d) ;依次为陆架区、陆坡区 ,深海区生产力较低 ,平均现场生产力为 0 .1 7gC/(m2 ·d)。光合作用同化数较低 (1 .53± 1 .1 1mgC/(mgChla·h) )。粒径分级初级生产力以微小型浮游生物的贡献占优势 (58% ) ,微型浮游生物的贡献占 2 6 % ,微微型浮游生物的贡献占 1 6 %。浮游植     

南大洋二氧化碳源汇分布及其海-气通量研究

在 1 999年 1 2月 - 2 0 0 0年 2月“雪龙”号科学考察船往返于中山站和长城站期间 ,进行了大气及海表层 CO2 分压的连续测量。研究结果表明 ,在 80°W- 0°- 80°E之间 ,南大洋基本上是大气 CO2 的汇 ,尤其在 45°W- 3 0°W及 1 0°W- 1 0°E之间 ,是 CO2 的强汇区 ,往返的两次观测结果十分相似。观测发现 ,南大洋 1月份吸收大气 CO2 的能力近两倍于 1 2月份 ,这是由于该海域1月的生产力比 1 2月份高 ,因而反映了初级生产对大气 CO2 吸收的显著影响。利用最新的 K值计算方法表明 ,1月份二氧化碳的入海通量为 3 .98mol/(m2 · a) ,1 2月份的为2 .1 3 mol/(m2 · a) ,综合两个月的值平均 ,南大洋夏季 CO2 的平均通量为 3 .0 6 mol/(m2 · a) ,是南半球夏季一个重要的汇区     

南大洋二氧化碳源汇分布及其海-气通量研究

在 1 999年 1 2月 - 2 0 0 0年 2月“雪龙”号科学考察船往返于中山站和长城站期间 ,进行了大气及海表层 CO2 分压的连续测量。研究结果表明 ,在 80°W- 0°- 80°E之间 ,南大洋基本上是大气 CO2 的汇 ,尤其在 45°W- 3 0°W及 1 0°W- 1 0°E之间 ,是 CO2 的强汇区 ,往返的两次观测结果十分相似。观测发现 ,南大洋 1月份吸收大气 CO2 的能力近两倍于 1 2月份 ,这是由于该海域1月的生产力比 1 2月份高 ,因而反映了初级生产对大气 CO2 吸收的显著影响。利用最新的 K值计算方法表明 ,1月份二氧化碳的入海通量为 3 .98mol/(m2 · a) ,1 2月份的为2 .1 3 mol/(m2 · a) ,综合两个月的值平均 ,南大洋夏季 CO2 的平均通量为 3 .0 6 mol/(m2 · a) ,是南半球夏季一个重要的汇区     

南极夏季普里兹湾叶绿素a的时空变化研究

利用SeaWiFs、MODIS卫星数据所获取的南极普里兹湾表层海水叶绿素a（Chl-a）与海表温度（SST）的遥感数据,并结合我国2001-2011年南极科学考察所获得的现场数据,对该区域的海表温度、叶绿素a与营养盐的分布规律进行分析。结果表明：研究海区的叶绿素a的分布具有明显的区域特征,以陆架坡为界,湾内向湾外表现出明显的递减趋势;在湾内陆架区,浮游植物的旺发主要受海冰消融以及营养盐供给的影响,十年南极夏季叶绿素a浓度的遥感区域平均值为1.40mg/m3;在陆坡区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件的影响,十年的夏季遥感平均值为0.44mg/m3;在湾外深海区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件与铁元素的影响,浓度较低,十年的夏季遥感平均值为0.25mg/m3。在整个南极夏季,研究海域每月的叶绿素a浓度与海表温度呈现出一定的正相关性（R2=0.505）,而在年际变化上,叶绿素a与海表温度的变化趋势也有着明显的相似性,表明温度是叶绿素a浓度的主要影响因素。通过研究多变量厄尔尼诺指数与湾内表层叶绿素a浓度的关系,可知在相对敏感的湾内陆架区,厄尔尼诺/拉尼娜可能会对叶绿素a的浓度产生影响,在厄尔尼诺年,叶绿素a的浓度较高;而在拉妮娜年,叶绿素a的浓度较低,表明高纬度海区浮游植物的生长与繁殖对中低纬度的ENSO事件存在一定的响应联系。     

南极洲万达盐湖水的悬浮物中的粘土矿物和痕量金属组成的研究

南极洲万达盐湖水中悬浮物的流量 :水深 1 2m ,1 1 9 673mg/cm2 ·a;3 2m ,67 93mg/cm2 ·a;45m ,1 5 82mg/cm2 ·a;48m ,9 46mg/cm2 ·a ;60m ,1 3 5 5mg/cm2 ·a ;65m ,3 0 3 3mg/cm2 ·a。湖水悬浮物中粘土矿物主要为伊利石 ,含量 64～ 67% ,次为绿泥石 ,含量 2 5～ 3 0 % ,蒙脱石仅含 5 9～6 6% ,而高岭石含量极低。湖水悬浮物中痕量金属的含量 :水深 1 2m ,Cr 5 4 3 μg/g、Cu 1 1 9 3 μg/g、Ni 5 3 4μg/g、Co 2 3 9μg/g、Cd1 43 μg/g;3 2m ,Cr 44 9μg/g、Cu 1 1 8 7μg/g、Ni 5 0 2 μg/g、Co 1 9 4μg/g、Cd 1 5 1 μg/g;45m ,Cr 5 3 μg/g、Cu1 42 8μg/g、Ni 5 9 8μg/g、Co 1 9 8μg/g、Cd 1 83 μg/g ;60m ,Cr 1 3 2 μg/g、Cu 49 6μg/g、Ni 1 3 4μg/g;Co 4 3 μg/g、Cd 0 3 7μg/g ;65m ,Cr 7 4μg/g、Cu 1 7 6μg/g、Ni6 7μg/g、Co 2 4μg/g、Cd 0 3 6μg/g。悬浮物中痕量金属含量高低顺序 :Cu>Cr>Ni>Co >Cd。在水深 60m以上 ,悬浮物中痕量金属主要被束缚在硅酸盐、锰的氧化物及铁的氢氧化物悬浮物颗粒上 ,在水深 60m以下 ,则主要被束缚在硅酸盐矿物及有机质颗粒上。     

1999/2000年夏季环南极表层海水叶绿素a和初级生产力

中国第 1 6次南极考察期间 ,作者随雪龙船于 1 999年 1 1月 2 2日至 2 0 0 0年 1月 1 8日从澳洲西南部到达东南极普里兹湾 ,后经南印度洋 -南大西洋 -德雷克海峡 -南大西洋 -南印度洋返回普里兹湾。航渡中定时采集表层海水 ,进行水温、盐度、营养盐、浮游生物现存量和光合作用速率的现场观测 ,研究环绕南极海域表层水叶绿素 a和初级生产力的分布特征。结果表明 ,南大洋表层水营养物质、浮游生物现存量和初级生产力分布具明显的区域性特征 ,南极辐合带以南的南极水营养盐浓度高于亚南极水和亚热带水。叶绿素 a浓度与营养物质的分布趋势一致 ,南极水、亚南极水和亚热带水的平均叶绿素 a浓度分别为 1 .77、1 .40和 0 .2 1 μg/dm3。在环绕南极的大洋中 ,南大西洋海域营养物质丰富 ,海水最为肥沃 ,叶绿素 a浓度和初级生产力高于南印度洋和德雷克海峡。在短期往返东南极 -西南极 -东南极的航渡观测中 ,由于南极夏季水温的升高 ,陆缘冰融化 ,冰藻释放 ,长城湾至普里兹湾的西 -东向航渡中观测的初级生产力、浮游植物细胞丰度、叶绿素 a浓度和光合作用同化数分别比普里兹湾至长城湾的东 -西向航渡中高 1 45%、1 1 3%、68%和 1 8%。与 1 0年前的观测结果比较 ,南大西洋仍为高生物量和高生产力海区 ;1 999/2 0 0 0     

1999/2000年夏季南极普里兹湾地区南极磷虾的分布、丰度和生长状态研究

1999 2 0 0 0年的南极夏季 ,在普里兹湾地区进行了南极磷虾 (Euphausiasuperba)的现场采样。采样站位共 1 5个 ,分布在由近岸到深海的三条经向断面上。采样中在 1 4个站位都有南极磷虾出现 ,但大多数站位磷虾的密度都很低。样品的组成主要是幼体后期的南极磷虾。整个调查海区南极磷虾的平均数值密度和重量密度分别为 1 6 .1 7尾 1 0 0 0m3 和 1 2 .0 2g 1 0 0 0m3 。在调查区域内除密度最大的站位在深海区外 ,其他密度较大的站位主要分布于陆坡区 ,而在陆架区的唯一的站位没有发现南极磷虾。测量和分析的结果表明 ,陆坡区南极磷虾的生长状态好于深海区 ,但就整个调查海区来说 ,南极磷虾处于正常生长状态。对调查期间普里兹湾的环境因素的分析结果表明 ,调查中三个磷虾密度较大的站位 (Ⅱ - 3 ,Ⅲ - 6 ,Ⅳ - 8)的分布似乎与 75m深处的冷水团及 2 5m深处的叶绿素低值中心和叶绿素高值中心的交汇区有关。     

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     

南大洋环极表层水浮游植物分级生物量、初级生产力和颗粒有机碳的分布

198 9/1 990年夏季作者在中国第六次南极考察环极航行中 ,对南大洋不同海区的浮游植物细胞大小分级叶绿素 a和初级生产力、颗粒有机碳及有关环境参数进行了测定。结果表明 ,在南极水域中以南大西洋最为肥沃 ,叶绿素 a浓度平均超过 2 μg/dm3 ,POC的平均浓度也最高 (>1 0 0 μg/dm3 ) ,而德雷克海峡和南印度洋较低。叶绿素 a和 POC的空间变异具有同步的波动。分级叶绿素 a结果表明 ,在肥沃的南大西洋以细胞 >2 0 μm的绢滤浮游生物 (主要是小型浮游生物 )所占比重最高 (6 5 %) ,而在较贫瘠的南印度洋则以微微型浮游生物 (<2 μm)最高 (47%)。分级初级生产力的结果表明 ,在南大西洋和德雷克海峡对总初级生产力的贡献以微微型浮游生物为最大 ,微型浮游生物和小型浮游生物的贡献大致相当。微微型浮游生物相对高的光合作用生理活性显示了它们在南大洋海洋生态系中的重要性。与南极水域相比 ,亚南极和亚热带水域较为贫瘠。     

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。     

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。     

企鹅粪土层中石英砂表面的化学溶蚀形貌及实验模拟

利用电镜扫描的方法分析了南极阿德雷岛Y2湖企鹅粪土沉积层中石英砂微形貌的特征,发现在企鹅粪含量高的沉积层中石英砂表面具有明显的碗状溶蚀坑等化学溶蚀特征,这一溶蚀特征在Y2湖企鹅粪含量低的沉积层和研究区的其他未受企鹅粪影响的沉积环境中均未明显出现。为了揭示这一特殊化学溶蚀现象的作用机制,根据Y2湖企鹅粪土沉积层自然沉积环境,通过条件实验确定在实验室内使用酸性较高的氟溶液(1mol.L-1HF溶液)对石英砂进行溶蚀实验,通过对比分析发现,实验室模拟条件下可以得到与企鹅粪土沉积层中石英砂相近的表面微形貌特征,这表明它们是在相似的过程中形成的。企鹅粪土沉积层酸性高氟环境中可能存在的HF酸化学溶蚀作用是形成企鹅粪土层中石英砂表面特有溶蚀坑的主要原因。在南极特殊的自然条件下碗状溶蚀坑与企鹅粪之间存在一定的因果关系,从而使石英砂的表面微形貌分析成为南极企鹅生态研究的一种新的辅助手段。     

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.     

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。     

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.     

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。     

Late Holocene Adélie penguin population dynamics at Zolotov Island,Vestfold Hills,Antarctica

We inferred late Holocene Adélie penguin occupation history and population dynamics on Zolotov Island, Vestfold Hills, Antarctica, using geochemical data from a dated ornithogenic sediment core (ZOL4). Radiocarbon dates on fossil penguin bones in the core indicate that Adélie penguins occupied the island as early as 1,800 years before present (yr BP), following the retreat of the Sørsdal glacier. This occupation began ~1,200 years later than that observed at Ardley Island and King George Island, in the South Shetland Islands. Phosphorus was identified as the most indicative bio-element for penguin guano in core ZOL4, and was used to infer past penguin population dynamics. Around 1,800 years ago, the Adélie penguin populations at both Zolotov Island and Ardley Island increased rapidly and reached their highest levels ~1,000 yr BP. For the past ~900 years, the penguin populations at Zolotov Island have shown a general rising trend, with fluctuations, while those at Ardley Island have shown a moderate decreasing trend. The Adélie penguin populations at both Ardley Island and Zolotov Island showed a clear decline ~300 years ago, which we interpret as a response to the Little Ice Age, or a neoglacial cooling event.     

东南极阿曼达湾湖泊沉积物物源的元素分析

2008年在东南极阿曼达湾帝企鹅聚集区附近岛屿开展了野外工作,于岛屿湖泊集水区采集到两个短沉积剖面,分别命名为EPI和PI。根据野外实地考察情况和室内分割样品发现EPI剖面主要为泥炭沉积,含有大量水生藻类;PI剖面为黑色泥质沉积,散发出浓烈的粪臭味,沉积物中含有大量的幼年帝企鹅绒毛和少量的残骨。对EPI和PI剖面沉积物、当地风化母岩及水生湖藻进行了部分生源元素和重金属元素浓度分析与对比,结果显示EPI剖面元素含量主要来源于背景母岩和湖藻沉积。PI剖面为帝企鹅粪土沉积序列,沉积物中的TC、TN、TP、Cu、Zn、Hg和Se的含量远远高于风化母岩中的浓度,其主要来源于帝企鹅粪的输入,而Pb元素主要来源于当地风化母岩的贡献。本研究首次显示帝企鹅活动同样可以为南极贫瘠的陆地湖泊系统带来大量的营养物质,但同时也输入了大量的重金属污染元素。