关于气候变化对南极生态系统影响及其驱动机制的研究很有挑战性，目前尚没有系统的关于大气环流、海洋状况与海洋生态动力耦合变化的研究报道，尤其是历史时期长时间尺度的研究。本研究利用罗斯海罗斯岛Cape Bird地区企鹅粪土沉积物中的P等生物标型元素恢复过去500年来该区企鹅数量变化，首次应用粪土层中的Cd作为替代性指标，恢复了罗斯海上升流强度及其对海水中营养盐补给的影响；应用氮同位素指标，恢复海洋生产力和磷虾数量变化。他们发现大气环流、海洋状况与浮游植物、磷虾和企鹅的生态是紧密联系的，在小冰期（LIA）这种联系尤为显著。LIA期间阿蒙森海低压（ASL）加强，导致罗斯海地区下降风强盛，海冰被驱散，罗斯海冰间湖范围扩大，ASL的加强使得海洋上升流增强以及海洋生产力增加，磷虾的食物藻类等数量增加，因此，以磷虾为主食的企鹅繁荣。这个由大气、海洋驱动的海洋动物种群在食物链上的系统变化带有普遍性的生态学意义。

图1：过去500年罗斯海地区海洋生态过程和气候变化指标。（a）Cape Bird地区企鹅数量；（b）磷虾丰度；（c）上升流强度；（d）ASL强度；（e）气候变化，其中1600-1825AD为气候寒冷时期。

图2 ：罗斯海地区小冰期（a）和现代暖期（b）大气环流、海洋状况与企鹅生态的关系示意图。

将南极海洋生态与大气、海洋动力学过程联系起来的这个海洋生态变化驱动机制，是继企鹅粪研究企鹅生态史之后的又一个全新的研究领域，有可能阐明和预测南大洋高纬度地区生态系统对大气与海洋变化的响应过程。这是这个小组继2016年在《EPSL》上发表关于中国历史时期生态气候变化机制研究的又一篇论文。这标志着在生态地质学和大气-海洋动力学的结合方面，极地环境与全球变化安徽省重点实验室正在形成新的研究方向。

该文第一作者为地球和空间科学学院博士生杨连娇，孙立广教授、Steven D. Emslie教授和谢周清教授为本文共同通讯作者。该研究工作得到了南北极环境综合考察与评估专项、国际极地合作项目等的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17305952

极地环境与全球变化安徽省重点实验室、地球与空间科学学院供稿