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中国科大国际合作研究成果揭示南极罗斯海最古老企鹅繁殖地栖息历史
来源:科研部 发布时间:2022-04-27 浏览次数:81

近日,中国科学技术大学环境科学与工程系、极地环境与全球变化安徽省重点实验室谢周清教授课题组与意大利比萨大学Carlo Baroni教授课题组合作在全新世企鹅种群盛衰对气候变化的响应方面取得新进展。相关研究结果以“The occupation history of the longest-dwelling Adélie penguin colony reflects Holocene climatic and environmental changes in the Ross Sea, Antarctica”为题,在第四纪环境知名刊物Quaternary Science Reviews在线发表。

企鹅是南极典型海洋生物,对气候环境变化非常敏感。企鹅在海洋中捕食,在陆地繁殖,且位于南大洋食物链高端,一系列气候环境因素均在企鹅生命周期中扮演重要角色,并通过物理、化学和生物过程影响企鹅的食物结构/丰度和栖息地适宜度等,并最终影响了企鹅种群盛衰以及分布格局。近几十年来,南极地区正在发生着显著的气候环境变化,这严重影响了企鹅的种群数量和栖息地分布。观测数据表明,南极半岛的阿德利企鹅数量显著下降,同时分布范围在向南收缩,已有多个繁殖种群完全消失。模拟研究预测,如果温室气体仍以目前的速度排放,到21世纪末,将有80%左右的帝企鹅繁殖地濒临灭绝;而有70%的王企鹅被迫迁移到新的栖息地或者消失。

对历史时期企鹅繁殖地分布的研究表明,一些特定的繁殖地更能经受住环境变化的考验,在不利的气候条件下成为物种的避难所。南极罗斯海有着全球1/3的阿德利企鹅繁殖种群,与种群数量显著下降的南极半岛不同,罗斯海阿德利企鹅表现出稳定增加的趋势。基因组学研究表明,罗斯海在末次冰盛期可能是阿德利企鹅在南极仅有的两个避难所之一,但缺少早全新世企鹅存在的地质学证据。全新世以来,罗斯海企鹅繁殖地分布经历了巨大变化,伴随着旧繁殖地的废弃和新繁殖地的产生。而其中的恩克斯堡岛是目前已知最古老的且唯一7000年来持续存在的繁殖地,极有可能是冰盛期以来企鹅最早的登陆地点之一;而重建该岛企鹅种群盛衰对气候变化的响应,解析其长期稳定存在的原因,对于认识和预测未来气候变化背景下南极企鹅聚落的敏感性和迁徙至关重要。

1恩克斯堡岛阿德利企鹅繁殖地

为此,课题组依托我国正在建设的南极维多利亚地考察站,在第34、35、36次南极考察期间对恩克斯堡岛废弃企鹅繁殖地进行了详细的网格调查和采样,利用加速器质谱对获取的大量企鹅粪土沉积剖面及残体样品进行14C定年,结合意大利比萨大学Carlo Baroni教授团队过去30年获取的相关样品和数据进行了集成研究(图2),发现阿德利企鹅在距今8600年首次在该岛定居,是罗斯海自全新世以来最早的繁殖地,将企鹅种群持续存在的时间向前推了1600年,并与当地冰川消退的时间相当。得益于特拉诺瓦冰间湖提供的开放水域和丰富的食物来源,企鹅在冰退后立即在此地登陆繁殖。

2恩克斯堡岛企鹅废弃繁殖地的时空分布

研究团队提出废弃巢区年代和面积测定相结合的方法,系统恢复了全新世以来的企鹅种群数量变化和巢区迁移过程。发现距今7000-3000年间,恩克斯堡岛的种群数量大致呈增加趋势,在5500-5000和4000-3500年达到峰值。在3500-3000年的短暂下降后,企鹅种群3000-1500年间显著扩张,与南部斯科特海岸大规模聚落废弃相对应。罗斯海斯科特海岸在距今5-4千年遍布企鹅繁殖地,却在距今3-2千年大规模废弃,关于废弃的原因长期以来存在“变冷说”和“变暖说”两种观点。此前,谢周清课题组在企鹅粪土层中找到关键证据,提出“新冰期”变冷条件下区域海冰扩张和局部地形影响下的风和积雪增加是导致斯科特海岸废弃的主要原因,解答了争论已久的“企鹅消失之谜”,并系统重建了罗斯海历史时期企鹅繁殖地分布的演变过程(图2)(Quaternary Science Reviews, 264, 2021)。在此基础上,本研究提出特拉诺瓦湾冰间湖提供的无冰环境使其恩克斯堡岛在近岸海冰扩张的时期接纳了来自斯科特海岸的迁徙企鹅种群,致使企鹅数量大幅增加,成为了区域企鹅种群的宝贵避难所。论文指出,近几十年罗斯海的近岸海冰呈现出增加趋势,因此恩克斯堡岛等有冰间湖分布的区域将会对企鹅种群的延续发挥更为关键的作用。

该论文第一作者为环境科学与工程系博士后高月嵩,谢周清教授和Carlo Baroni教授为本文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、意大利国家南极等项目资助。南极野外考察工作得到国家海洋局极地考察办公室支持。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2022.107494


(环境科学与工程系、科研部)