生物標志物在全新世古生態(tài)恢復中的應用與南極氣溶膠特征.pdf

1、第一篇 生物標志物在全球變化和古環(huán)境、古氣候的研究中，有極為廣泛而成功的應用。但是大多數(shù)生物標志物的研究都集中在對古植被的研究，而動物由于活動范圍廣，較難在沉積物中留下穩(wěn)定的痕跡，因而難以形成連續(xù)而定量的信息。但是作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，動物對環(huán)境變化的響應相對植物來說更為靈敏；動物對植被的影響也有可能改變植被對環(huán)境變化的響應。歷史時期動物活動信息是古生態(tài)乃至古氣候研究重要但是薄弱的一環(huán)。 本文選取位于高緯度的南極長

2、城站相鄰區(qū)域典型無冰區(qū)的阿德雷島企鵝聚居地、北極斯瓦爾巴群島新奧爾松地區(qū)海鳥聚居地、位于低緯度的西沙群島東島的鳥島和中緯度的人類古文明遺址安徽蒙城尉遲寺等四地的沉積物進行分析，應用多學科交叉的研究方法，用微觀生物地球化學記錄去探索宏觀的生態(tài)環(huán)境變化的主題。涉及的主要內容及研究結果如下： 1．利用醇類生物標志物恢復南極生態(tài)發(fā)展歷史我們利用糞便甾醇和脂肪醇恢復了阿德雷島2，400年企鵝數(shù)量和不同植被豐度的變化。這是應用糞便甾醇首次在

3、沉積物中連續(xù)定量地恢復了地史時期動物種群的變化。歷史時期企鵝數(shù)量和喜糞藻、苔蘚、地衣的變化曲線表明這三種植物對企鵝數(shù)量變化的有不同的響應。喜糞藻對企鵝糞的依賴較強，隨企鵝種群數(shù)量變化而變化；苔蘚對土壤要求不高，其豐度變化和企鵝數(shù)量變化的相關性小些：地衣與企鵝數(shù)量的變化基本上呈反相關。我們的結果表明企鵝數(shù)量變化與植被繁盛存在著響應，是有規(guī)律可循的，在時間與空間上有著系統(tǒng)的聯(lián)系。 2．北極斯瓦爾巴群島新奧爾松地區(qū)海鳥聚居地的物源研究

4、北極地區(qū)擁有大量的煤資源，斯瓦爾巴地區(qū)的采煤等經濟活動早在20世紀初就已經開始。采自煤礦周圍的鳥糞聚居地的沉積物有機烷烴組分中的UCM、接近于1的CPI、高濃度的姥鮫烷和惹烯都顯示沉積物受到三疊紀煤礦風化產物的影響：醇類和酸類則明顯表現(xiàn)出生物來源，偶碳優(yōu)勢明顯：結合沉積物的巖性特征，基本確定谷甾醇和谷甾烷醇是北極海鳥糞的輸入造成的。 3．南海西沙鳥類變化的指標和可能的森林火災西沙東島的鳥糞土沉積物的結果顯示有機質含量豐富，其中當

5、地豐富的植被可能是有機質的重要組成。盡管紅腳鰹鳥和企鵝糞便中主要的甾醇都是膽甾醇，但是由于沉積環(huán)境不同，沉積物中的糞便甾醇并不相同，西沙鳥糞土層中糞便甾醇以異構糞甾醇為主，而南極的企鵝糞土沉積則以膽甾烷醇為主。我們還在中世紀暖期的沉積物中檢測到雙芳-脫A-五環(huán)三萜烷系列化合物，該系列化合物來自于森林雜草的燃燒，其在東島鳥糞土層的檢出，可能和森林火災或人類活動有關。 4．尉遲寺尉遲寺古文明沉積中人類活動對古溫度變化的響應對尉遲寺古

6、文化遺址的堆積剖面的生物標志物研究表明沉該沉積物烷烴的短鏈部分有降解，在剖面上的部分層位可以檢測到糞甾醇和膽甾酸，但是很可能由于人類活動的干擾未形成連續(xù)的記錄。脂肪酸C<,18：2>/C<,18>在大汶口文化和龍山文化交替的時間發(fā)生突變，與古人類文明受環(huán)境、溫度變化的學說吻合。 5．烷基酰胺的鑒定和環(huán)境意義我們在尉遲寺古文化剖面中檢測并鑒定了烷基酰胺系列化合物。尉遲寺中烷基酰胺的深度曲線及其對古溫度的曲線對比表明，烷基酰胺對古溫

7、度變化十分靈敏，其形成和蛋白質，也即與生物活動密切相關，在指示歷史時期動物活動方面將是一種極有潛力的生物標志物；由于烷基酰胺性質表明其與生物活動緊密相關，其在糞土層中的檢出，也極有可能意味著烷基酰胺在某些區(qū)域可以作為糞便(或人類活動)污染的標志物。 第二篇 氣溶膠是環(huán)境的重要組成部分，由于氣溶膠的氣候效應和環(huán)境意義，氣溶膠越來越為人們所關注。南極作為人類活動影響最小的大陸，其氣溶膠的性質和行為對其它區(qū)域的氣溶膠研究十分重

8、要。我們在自上海到南極的航線上和中山站站區(qū)積累了多年的數(shù)據(jù)，對南極航線和站區(qū)氣溶膠加深了了解： 在1999年11月至2000年4月中國第十六次南極考察、2001年11月至2002年4月中國第十八次南極考察和2002年11月至2003年3月中國第十九次南極考察、2004年11月至2005年4月中國第二十一次南極考察和2003年7月至2003年9月中國第二次北極考察期間，自上海到南極的航線上的氣溶膠樣品中的甲基磺酸(MSA)濃度在南

9、極沿岸都急遽上升，而北極氣溶膠中則未有體現(xiàn)。驗證了謝周清、孫立廣和本人在2002年提出的企鵝糞很有可能是南極氣溶膠中MSA不可忽視的一個來源的假設。我們對中山站1998-2001年三年的氣溶膠樣品利用中子活化(INAA)分析，表明除海洋和陸源元素之外，Se、Co、Sb、Zn、Cr等幾個元素在站區(qū)高度富集，透射電鏡(TEM-EDX)和掃描電鏡(SEM-EDX)的結果也顯示了污染顆粒的存在，可能來源于站區(qū)的取暖、儀器日常運行以及垃圾處理。