項目簡介：   本項目屬于地球與環(huán)境科學研究領域。本項目圍繞全球變化生態(tài)響應這一核心問題，以含企鵝糞和生物殘體的沉積序列為過去環(huán)境信息的載體，運用多學科交叉的方法，提出了沉積層中企鵝糞標型元素組合，探討了企鵝過去幾千年來種群數量時空變化及其與氣候環(huán)境變化之間的關系，發(fā)現新冰期曾經導致企鵝數量銳減；提出了研究南極典型海洋動物古生態(tài)演化的生態(tài)地質學方法。在此基礎上，通過海豹糞與海豹毛的研究，恢復了距今1500年海豹數量變化及其對冰蓋進退的響應；發(fā)現糞土層中可溶相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；首次重建了3000年來企鵝糞中Pb含量變化，揭示出工業(yè)革命以來人類活動已經影響到南極生態(tài)圈；發(fā)現糞土層中海豹毛的汞含量和早期人類金銀提煉等活動盛衰的史實之間存在較好的對應關系；分析了南極地區(qū)F的地球化學行為及其對生態(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。

本項目發(fā)表學術論文55篇，代表性研究成果發(fā)表在《Nature》上，被認為"是一種研究南極湖泊集水區(qū)歷史時期企鵝數量新穎的生物地球化學方法，在不久的將來，它很可能形成某種活躍的研究領域"。研究成果直接推動了"南極無冰區(qū)生態(tài)地質學"的形成與發(fā)展。"Nature"網站對本項目研究成果作為"研究亮點"進行了專題評述；美國生態(tài)學會也對本項目成果進行了報道；美國權威綜述性學術刊物《Science Progress》邀請撰寫了綜述性文章；世界氣候變化研究權威機構"美國二氧化碳和全球變化研究中心"在該機構出版的"CO2 Science Magazine"上對該文進行了專題評論，認為應重新評估目前氣候劇烈變化對南極生物多樣性影響。國際環(huán)境界最權威學術期刊《Envion Sci Technol 》引用本項目9篇論文進行了有關“水環(huán)境體系中污染物生物介質傳輸”的專題評述；英國著名古湖沼學家Hodgson等在極地古環(huán)境研究專著中引用本項目有關"企鵝數量變化"與"糞土層中Pb"研究成果介紹南極和亞南極古湖沼研究進展。

主要發(fā)現點：

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型元素組合（第四紀地質學，1，10）；

2.利用企鵝糞標型元素，并結合數理統(tǒng)計方法（Q類因子分析方法）恢復了近3000年來企鵝數量的變化及其與環(huán)境變化之間的關系，發(fā)現1800-2300年的"新冰期"企鵝數量銳減（第四紀地質學，1，10）；

3.通過海豹毛、海豹糞土層標型元素，恢復了距今1500年以來南極海豹種群數量的變化及其與環(huán)境變化之間的關系，發(fā)現距今750-500年和距今1400-1100年海豹數量較多；距今1100-750年和距今500-200年海豹數量較少（第四紀地質學，2，10）；

4.發(fā)現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物歷史時期種群大小的新的指示計，提供了一種研究海鳥海獸生態(tài)歷史的新的研究方法（第四紀地質學，3，10）；

5.發(fā)現阿德雷島企鵝聚居地在波動中縮小，而巴登半島企鵝聚居地在波動中擴大；建立了南極企鵝聚居地變動的生態(tài)模型。根據此模型可以確認歷史時期企鵝聚居地的變動（環(huán)境生態(tài)學，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氯農藥在糞土層中的記錄，發(fā)現200年來人類活動已經對南極生態(tài)系統(tǒng)產生重要影響（環(huán)境毒理學，4，10）；

7.發(fā)現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期進化過程中適應高氟食料磷蝦的結果（環(huán)境毒理學，10）；

8.通過法爾茲半島古海蝕龕沉積的古環(huán)境記錄研究，恢復了距今4600年以來該區(qū)冰蓋的進退歷史、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冰區(qū)和冰緣地區(qū)古環(huán)境演化歷史的一種新的地質載體（第四紀地質學，9，10）；

9. 采用密閉箱法首次對南極苔原土壤CH4、N2O通量進行了系統(tǒng)觀測，發(fā)現在南極極端環(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，6）；

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

11. 首次將同步輻射加速器X熒光微區(qū)分析技術應用于南極生物組織研究（環(huán)境生態(tài)學，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系，發(fā)現海豹毛中Hg的波動與歷史時期全球一些主要的金銀提煉活動盛衰具有時間上的對應性，為Hg的全球傳輸性提供了證據（環(huán)境毒理學，10）。

主要完成人：

1.  孫立廣

項目負責人，進行了極地考察與采樣，提出本項目的關鍵學術思想和技術路線。提出識別企鵝糞的標型元素組合方法(發(fā)現點1)；恢復了3000年來企鵝（發(fā)現點2）、1500年海豹（發(fā)現點3）數量記錄；提出了企鵝聚居地變動的模型（發(fā)現點5）；提出用同位素手段研究南極海鳥海獸生態(tài)歷史（發(fā)現點4）；研究了南極糞土層Pb（發(fā)現點6）、Hg（發(fā)現點12）的污染歷史，提出古海蝕龕沉積環(huán)境研究（發(fā)現點8）和苔原溫室氣體研究（發(fā)現點9）等, 是10篇代表性論文（專著）的通訊作者。在該項研究中的工作量占本人工作量的100%。

2.  謝周清

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

3.  朱仁斌

項目主要參加者，2001-2002年參加了中國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)現點5），對糞土層中Sr同位素進行了地球化學分析（發(fā)現點4）；對南極苔原溫室氣體排放通量進行了分析研究（發(fā)現點9）, 是代表性論文(專著)3, 6, 9的主要作者。在該項研究中的工作量占本人工作量的100%。

4.  劉曉東

項目主要參加者，2001-2002年參加了中國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)現點8）；對海豹糞土層進行了元素地球化學分析（發(fā)現點3）；對糞土層中氮同位素進行了分析研究（發(fā)現點4）, 是代表性論文(專著)2, 8, 10的主要作者。在該項研究中的工作量占本人工作量的100%。

5.  尹雪斌

項目主要參加者，1999-2000年參加了中國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)現點12）、有機污染物（發(fā)現點6）的變化及其與人類文明活動之間的關系, 是代表性論文(專著)2, 10的主要作者。在該項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: 南極無冰區(qū)生態(tài)地質學