营养盐既是海洋浮游生物生命活动的物质基础，也是决定海洋初级生产力最关键因素之一，在很大程度上调控了海洋生态系统的结构与功能。另一方面，营养盐的时空变异又受控于生物地球化学与物理过程的共同作用。生物地球化学过程影响着营养盐在无机和有机等形态之间的转化，而物理过程（包括输运和混合等）影响着营养盐的再分布。陆架边缘海是海洋初级生产力最高的区域，各种物理过程特征显著，同时也是海-陆相互作用的关键连接地带，营养盐来源多样，伴随着较强的生物地球化学过程，甄别物理过程与生物地球化学过程并进行定量研究是一个颇具挑战性的命题。　　 南海北部陆架区域地理环境独特，有世界大河-珠江的输入，又有沿岸上升流、沿岸流、沿岸下降流等丰富的物理过程，为研究营养盐的生物地球化学与物理耦合作用提供了良好的试验场所。本论文以南海北部陆架为研究区域，以现场观测、水团混合模型、物理-生态耦合数值模式等手段，重点研究不同季节条件下，与河流冲淡水、沿岸上升流、沿岸流、沿岸下降流等物理过程耦合的营养盐生物地球化学过程。本研究拟回答的科学问题是:在复杂物理过程中，如何厘清陆架海域物理与生物地球化学的耦合过程？如何定量甄别不同物理过程中的营养盐生物地球化学过程？生态系统如何对营养盐的输入进行响应？针对上述科学问题，本论文主要开展了如下三个方面的研究:　　 (1)2008年夏季，在南海北部陆架区域研究了珠江冲淡水和沿岸上升流共存下的营养盐生物地球化学行为。珠江冲淡水具有高温、低盐、高营养盐的特征。在西南季风作用下，珠江冲淡水自珠江口向东北方向延伸至南海北部中陆架区域;同时，沿岸风生上升流具有低温、高盐、高营养盐的特征。上升流水体从次表层沿陆坡陆架涌升至近岸。这两种物理过程是夏季南海北部陆架营养盐的主要来源，同时伴随着浮游植物对营养盐的吸收和转化。此外，陆架还受到南海表层水的影响。结合三端元（珠江冲淡水、沿岸上升流、南海表层水）水团混合模型，估算出陆架水体中各营养盐元素(DIN(NO3+NO2)、DIP、Si(OH)4)的生物消耗浓度Δ。计算发现，沿岸上升流与叶绿素最大层中，DIN与DIP的吸收比值(ΔDIN∶ΔDIP)十分接近Redfield比值，约16.7。珠江冲淡水中该比值表现为non-Redfield特征，约61.3±8.7。该比值表明河流冲淡水中很可能存在着non-DIP的磷源，支持着浮游植物的生长，使得无机态氮磷吸收比值远高于Redfield比值。计算结果还发现，河流冲淡水中Si(OH)4呈现净消耗，沿岸上升流中Si(OH)4再生与消耗过程并存。　　 (2)冬季陆架区域的营养盐物理-生物地球化学行为与夏季差异显著。冬季珠江径流量极小(仅是夏季的1/5)，且东北季风驱动珠江冲淡水往西南方向流动。此外，东北季风也不利于沿岸上升流的发生。2008年冬季，在中国海沿岸(＜50m等深线)观测到低温、低盐、高营养盐的沿岸流;且在东北季风驱动下，该沿岸流自东海通过台湾海峡往南海东北部陆架运移。估算出流经台湾海峡的沿岸流DIN通量高达1430±260mols-1。是冬季长江DIN通量的2.7倍，珠江的8倍。该DIN通量可提供南海东北部陆架区域24％±4％的初级生产力。　　 (3)沿岸下降流是陆架区域另一典型的物理过程。在南海北部陆架，东北季风盛行时，由于埃克曼作用，远岸表层水体向近岸堆积;遵循质量守恒关系，近岸底层水体沿陆坡向离岸方向进行跨等深线输运。南海东北部陆架沿岸流营养盐丰富，沿岸下降流同时将沿岸流的营养盐离岸输运。基于现场观测，及物理-生态耦合模式，模拟了冬季南海北部陆架区域的沿岸流-下降流环流系统。数值模式还衍生到生态系统水平（营养盐N、浮游植物P、浮游动物Z、碎屑D）。数值模式结果表明，沿岸流持续输运时，下降流的跨陆架营养盐和碎屑输运可达80-100m等深线处，为冬季跨陆架物质输运提供了可能的途径;模式结果还表明，沿岸流中N，P，Z，D具有一定的时空差异性，可能受自身生物响应的时间滞后性影响，也可能受到西南向沿岸流水体的运移作用影响。与沿岸流不同，下降流中N，P，Z，D响应过程具有同步性;然而由于浮游植物的快速吸收以及外陆架寡营养盐水体的混合稀释，长时间状态下，N在下降流过程中逐渐降低，导致最终系统中P，Z，D递减。可能的原因是下降流水体与外陆架进行水交换。在此交换过程中，下降流水体运移的营养盐被稀释，最终生态系统能力因未有足够的营养盐支持而降低。　　 综上所述，南海北部陆架区域营养盐的生物地球化学行为具有很强的时空变异性，不同物理过程对营养盐的输运贡献不同，相应的生物地球化学响应也不同。河流冲淡水与沿岸上升流是夏季营养盐的主要来源，不同水团中营养盐的生物吸收比例不尽相同;东海通过台湾海峡往南海东北部陆架进行的长距离沿岸流输运，是冬季南海东北部陆架区域营养盐的重要来源;单一的沿岸下降流环流，往往只是将近岸下层水体沿陆坡向离岸方向运移，对元素的生物地球化学作用十分有限;然而，在沿岸流-下降流系统中，下降流能够将沿岸流丰富的营养盐一并离岸输运至中陆架并促进一系列生态响应。