南海西北部生物固定的"新"氮迁移转化路径及其通量估算

Marginal sea are generally affected by a variety of physical processes, therefore the migration, transformation paths and budgets of "new" nitrogen from biological nitrogen fixation are with high spatial and temporal variability in marginal seas. The northwestern South China Sea (SCS) is an area with low latitude, high water temperature, adequate lighting, few nutrients, high atmospheric fallout, and a variety of physical processes, is an ideal area to carry out nitrogen fixation research in marginal sea. We have applied a traditional method (nitrate anomaly) to study the nitrogen fixation in the northwestern SCS. The differences of horizontal and vertical distribution are apparent in areas with different physical process in the northwestern SCS. However, due to the limitation of this method, we can not determine the migration, transformation paths and budgets of "new" nitrogen from biological nitrogen fixation, which is exactly the current problems of nitrogen fixation research in marginal sea. This work will investigate the nitrogen isotopes of nitrate and particulate matter in the northwestern SCS, to reveal the migration, transformation paths and budgets of "new" nitrogen from biological nitrogen fixation in areas with different physical process, and the impacts which coastal currents, upwelling and marginal biological pump exert on the "new" nitrogen from biological nitrogen fixation.

陆架边缘海受多种物理过程影响，生物固定的"新"氮迁移转化路径及其通量具有高度时空变异性。南海西北部海域具备纬度低、水温高、光照充足、大气尘降多、寡营养盐等固氮作用发生的条件，加之包含着多种物理场，是开展陆架边缘海固氮作用研究的理想区域。申请者前期利用固氮作用的传统方法（硝酸盐异常法）研究发现，南海西北部不同物理场海区固氮作用在平面和垂直分布上都具有显著的差异，由于该方法的研究只能停留在定性的层面上，无法确定不同物理场海区生物固定的"新"氮迁移转化路径和估算固氮通量，而这些正是当前边缘海固氮作用研究的难题。为此，本申请计划利用稳定同位素具有氮源与源汇过程信息的优势，通过测定海水硝酸盐和悬浮颗粒物的氮同位素，利用多端元混合模型和同位素质量平衡模型，探明不同物理场海区生物固定的"新"氮的迁移转化模式及通量，从而揭示沿岸流、上升流和陆架边缘海生物泵对生物固定的"新"氮通量和迁移转化路径的影响。

目前我们已经完成所有研究任务，实际采样站位为150多个，分析硝酸盐氮、氧同位素、颗粒物稳定同位素样品数量为将近1000个，远超过原计划数量。并已经将部分数据以论文形式发表20篇（6篇SCI论文，2篇EI论文），培养硕士研究生4名，很好地完成原定的研究目标；另外，该项目还有部分数据结果正在撰写文章，预计2019-2020年至少还能发表4篇SCI论文。.陆架边缘海受多种物理过程影响，生物固定的“新”氮迁移转化路径及其通量具有高度时空变异性。南海西北部海域具备纬度低、水温高、光照充足、大气尘降多、寡营养盐等固氮作用发生的条件，加之包含着多种物理场，是开展陆架边缘海固氮作用研究的理想区域。申请者前期利用固氮作用的传统方法（硝酸盐异常法）研究发现，南海西北部不同物理场海区固氮作用在平面和垂直分布上都具有显著的差异，由于该方法的研究只能停留在定性的层面上，无法确定不同物理场海区生物固定的“新”氮迁移转化路径和估算固氮通量，而这些正是当前边缘海固氮作用研究的难题。.本项目针对研究目标，我们在南海西北部不同物理场海区（珠江口及其外海域、粤西沿岸流影响的海区黑潮影响的粤东海区和琼东上升流区）开展了研究，通过测定水体中硝酸盐的氮氧同位素和颗粒物的稳定同位素，探明不同物理场海区氮循环特征。总体来说，南海西北部表层水的氮受人为排放的氮（氮肥、土壤有机氮、粪便和污水）影响显著，大气沉降/生物固定的“新”氮的贡献从近岸到远岸呈现递增的趋势，尤其琼东上升流海区更为显著；南海西北部底层水的氮迁移转化过程更为复杂，并呈现出不同物理场海区有着不同的迁移转化特征。该项目研究，揭示了不同物理场海区的氮循环的主控因素，估算了各种氮源对不同物理场海区的营养盐贡献，揭示了沿岸流、上升流和陆架边缘海生物泵对生物固定的“新”氮通量和迁移转化路径的影响。