《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Sharp rise in cormorant (
Phalacrocorax auritus) populations on Lake Ontario islands inferred from analyses of pond sediment cores
编辑推荐：
为破解鸬鹚（Phalacrocorax auritus）种群历史数据缺失难题，Dagodzo等利用Pb定年的沉积物岩芯，通过δN、甾醇标志物及C:N比等多指标，重建了安大略湖岛屿近170年种群动态，揭示了1970年后鸬鹚定殖引发的氮循环、植被退化及沉积物组成改变，为理解水鸟-生态系统互作及适应性管理提供了高分辨率古生态记录。
在北美五大湖的碧波之上，曾有一种大型水鸟几乎从人们的视野中消失，又在数十年后如潮水般归来，彻底改变了它所到之处的生态面貌——这就是双冠鸬鹚（Phalacrocorax auritus）。这种以鱼类为食的鸟类在繁殖季节会形成庞大的树栖群落，其富含氮的粪便（guano）如同生态系统的"化学开关"，既能短暂刺激植被生长，长期却可能导致土壤酸化、植物死亡和树木枯萎。然而，当我们试图理解这种"生态系统工程师"的历史影响时，却面临一个尴尬的事实：在1960年代之前的系统观测记录几乎空白。当前的种群数量究竟是历史常态的恢复，还是前所未有的扩张？这一认知缺口严重制约了科学管理和保护决策的制定。
正是为了填补这一关键的数据空白，Daniel Dagodzo及其来自渥太华大学的研究团队将目光投向了湖泊沉积物——这些静静躺在水底的"时间胶囊"。他们选取了安大略湖中的两个小岛：东兄弟岛（East Brother Island, EBI）作为受鸬鹚重度影响的样点，以及小牛岛（Calf Island, CI）作为参照样点，通过分析距今约170年的池塘沉积物岩芯，开展了一项多指标古湖沼学（paleolimnology）研究。这项发表于《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》的研究，利用生物标志物（biomarkers）、稳定同位素（stable isotopes）和元素比值等代用指标，成功重建了鸬鹚种群的定殖历史及其对岛屿生态系统的级联影响。研究不仅精确锁定了鸬鹚在EBI建立种群的时间节点（约1970年），更揭示了其定殖后引发的氮循环改变、植被动态变化及沉积物有机质来源转换等一系列生态过程，为理解水鸟种群扩张与生态系统响应的复杂关系提供了前所未有的长时间尺度证据。
本研究采用的关键技术方法包括：（1）Pb放射性同位素定年技术结合恒定补给速率（CRS）模型建立沉积物年代框架，并以Cs进行独立验证；（2）气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对沉积物中11种甾醇（sterols）和甾烷醇（stanols）进行定性与定量分析，包括胆固醇（cholesterol）、粪甾醇（coprostanol）、谷甾醇（sitosterol）等动物源和植物源标志物；（3）元素分析仪-同位素比质谱仪（EA-IRMS）联用技术测定总碳（C）、总氮（N）含量及氮稳定同位素组成（δN）；（4）构建扩展鸟类甾醇指数（EBSI = [胆固醇 + 5α-胆甾烷醇] / [胆固醇 + 5α-胆甾烷醇 + 谷甾醇 + 豆甾烷醇]）作为鸟类活动强度的代用指标；（5）运用广义可加模型（GAMs）对各指标的时间序列变化进行非线性拟合，识别显著变化时段。
3.1 沉积物年代学与深度-年龄关系
通过对两个岩芯的过剩Pb活度测定，研究建立了可靠的年代框架。EBI岩芯中Cs活度峰值出现在约14.8厘米深度，与CRS模型推算的1963年（核试验高峰期）高度吻合，验证了定年结果的准确性。结果表明两个地点在过去约150年内均保持连续沉积，为后续生态重建奠定了时间基础。
3.2 EBI与CI的甾醇和甾烷醇相对丰度
对比分析显示，1970年前两个地点的甾醇组成均处于"背景状态"，胆固醇相对丰度低于5%。但在1970年后，EBI的沉积物中胆固醇及其微生物转化产物（5α-胆甾烷醇、胆甾烷酮）和粪便标志物（粪甾醇、表粪甾醇、粪甾酮）的相对丰度急剧上升，而植物源甾醇（谷甾醇、豆甾烷醇、菜油甾醇）的相对丰度则呈下降趋势。相反，参照点CI的甾醇组成始终保持相对稳定，仅在表层出现轻微波动。这种差异明确指示了EBI在1970年后经历了剧烈的生态系统改变。
3.3 EBI与CI的甾醇浓度、鸟类甾醇指数、δN值及C:N比
定量分析进一步量化了这些变化：EBI的胆固醇、5α-胆甾烷醇、胆甾烷酮、表粪甾醇和粪甾醇浓度自1970年起同步显著上升，EBSI指数随之陡增；同时δN值从约5‰跃升至15‰以上，增幅达10‰，明确指示了来自鱼类营养级的富N物质输入。值得注意的是，植物源甾醇豆甾烷醇和菜油甾醇在1970年后初期出现短暂升高，但自1990年起显著下降，反映了鸬鹚定殖初期营养输入刺激植被生长，但后期因氨毒性及筑巢破坏导致植被退化的过程。此外，EBI的C:N比自1900年以来持续下降，指示沉积物有机质来源从陆生植物（高C:N比，≥20）向藻类（低C:N比，4-10）转变，而参照点CI的C:N比保持稳定。
综合研究结论与讨论，这项工作的科学意义体现在多个层面。首先，它证明了多指标古湖沼学方法在重建水鸟种群历史动态中的强大效力——通过整合δN、甾醇标志物和C:N比，研究不仅确认了EBI在约1970年建立鸬鹚种群的关键时间节点，更追踪了此后种群扩张的完整轨迹。这一时间点与北美地区有机氯污染物（如DDT、多氯联苯PCBs）禁用、入侵鱼类（如圆虾虎鱼、鲱鱼）引入及人类干扰减少等环境变化高度吻合，揭示了多重人为因素如何共同促成了鸬鹚的种群恢复。
其次，研究提供了关于"生态系统工程师"长期生态效应的罕见证据。鸬鹚通过粪便输入改变的不仅是氮循环（δN证据），更通过营养级联效应改变了初级生产者结构：短期植被刺激（豆甾烷醇初期上升） followed by 长期退化（1990年后下降），以及藻类 dominance 的确立（C:N比下降和岩藻甾醇fucosterol出现）。这些发现对于理解类似营养脉冲的生态后果具有普遍意义。
最后，研究强调了长时间尺度生态监测在当代环境管理中的价值。在鸬鹚与其他水鸟种群持续扩张的背景下，此类古生态研究为设定保护基准、评估生态阈值和制定适应性管理策略提供了不可或缺的背景信息。正如作者所言，这项研究不仅关乎鸬鹚的历史，更关乎我们如何理解与应对快速变化的淡水生态系统中的生物-环境相互作用。
