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刘粲,Jan. 5, 2026
全球存在约10亿只海鸟持续把海洋中的碳、氮、磷等营养元素 “泵”回陆地，重塑土壤、水体、大气和生物群落，显著影响了全球的生物地球化学循环。尤其在寒冷干旱的南极地区，企鹅为代表的海鸟活动主导着无冰区单一的生态系统，并对气候波动极为敏感，使该区域成为研究海鸟活动和全球变化的“天然实验室”。
受企鹅活动影响的沉积物是反演无冰区古生态演化和气候环境变化的理想档案。过去研究利用千年尺度的年代序列与地球化学指标，揭示不同区域企鹅种群对气候事件和火山喷发的响应。目前常用的代用指标包括生物标型元素、有机地球化学信号与同位素等，由于单一指标可能会受陆地径流变化或沉积后改造等其它过程影响，因此需要多指标的交叉验证才能获得更可靠的古生态学重建。
镁被视为鸟成沉积物的潜在生物标型元素：海鸟将海洋镁携至陆地并富集，在鸟成土壤中可形成鸟粪石（MgNH4PO4·6H2O）等含镁的典型次生磷酸盐矿物。与此同时，镁也是基岩的主要组分之一，无冰区广泛分布的辉石、云母等含镁矿物提供了显著的陆源背景。更关键的是，表生储库中海水镁同位素组成显著轻于大陆上地壳，因而鸟成沉积物的镁同位素信号有望定量追踪海洋镁输入强度及其与海鸟活动的耦合关系，而目前仍然缺乏对鸟成土壤和沉积物的镁同位素研究。
基于上述问题，本研究首次报道了南极罗斯海地区的鸟成土壤及湖泊沉积物中的镁同位素组成，结合矿物学与元素地球化学，阐明了镁同位素在鸟成土壤环境中的地球化学行为及主控因素，并重建了受企鹅活动影响地区的两条典型剖面的镁同位素演变历史，为评估海鸟对南极无冰区生物地球化学循环的长期影响提供了新标尺。
图1 δ26Mg值与南极土壤样品中Mg/Al 和Mg/Ti 的相关性。
图2 δ26Mg值与南极土壤和沉积物样品中的（a）Mg/Al、（b）Mg/Ti、（c）Ca/Al、（d）Ca/Ti、（e）P%和（f）Sr/Ba 的相关性。
结果显示，基岩土壤的δ26Mg均值（－0.37 ± 0.10 ‰, n = 10）接近前人报道的海洋玄武岩(－0.26 ± 0.07 ‰）及大陆上地壳（UCC）均值（－0.22 ± 0.10 ‰）。而鸟成土壤的δ26Mg均值（－0.82 ± 0.14 ‰, n = 14）则与现代海水重合（δ26Mg =－0.83 ± 0.09 ‰），且土壤-沉积物的δ26Mg值和海洋物质的输入呈现显著的负相关关系（图1和图2）。矿物学组合和淋滤实验的δ26Mg值进一步证实了基岩土壤与海鸟介导的海洋来源Mg的二端元混合，同时表明南极土壤中的化学风化对硅酸盐中的δ26Mg值变化的影响有限（图3）。
基于剖面δ26Mg的端元混合模型，进一步重建了南极罗斯海地区的海鸟活动的演化历程（图4）。MB6剖面的企鹅数量在小冰期(AD1500-1800)达到峰值后持续衰减，直到现代才又重新出现。IIL1剖面则显示企鹅活动长期活跃，并在气候暖期进一步增加。Mg同位素指标重建结果基本符合其他传统代理指标的重建认识，且在土壤和沉积物形成过程中不易改造，端元构成清晰，确认了δ26Mg值是鸟成土壤和沉积物中可靠的古生态代理指标。
图3 南极土壤样品的全壤、乙酸淋滤组分和残余物组分的δ26Mg 值。
图4 MB6 和 IIL1 剖面的岩性和地球化学特征
近日，该研究成果以“Millennial evolution of seabird activity reconstructed by Mg isotopes in Antarctic lacustrine records”为题，发表在国际地学期刊CATENA上。中国科大郝记华教授和鞠鹏程博士为论文的通讯作者，博士研究生刘粲和郑章琴博士为共同第一作者。合作者包括刘晓东教授，黄方教授，王文宇博士，肖子聪博士，博士研究生王思杰。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和教育部高层次青年人才计划以及CIFAR Azrieli Global Scholarship等项目的支持。
论文信息
Can Liu, Zhangqin Zheng, Pengcheng Ju, Sijie Wang, Wenyu Wang, Zicong Xiao, Xiaodong Liu, Fang Huang, Jihua Hao. Millennial evolution of seabird activity reconstructed by Mg isotopes in Antarctic lacustrine records[J]. CATENA, 2026, 263: 109755. https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109755.
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