一、引言1.1研究背景與意義海洋，作為地球上最大的生態系統，其蘊含的硝酸鹽氮、氧同位素對海洋生態系統及全球環境研究具有舉足輕重的作用。硝酸鹽氮作為海洋生態系統中重要的營養物質之一，其來源廣泛，涵蓋自然氮固定、大氣氮沉降以及人類活動等多個方面。這些來源的差異使得硝酸鹽氮在海洋中的含量和分布呈現出復雜的變化，而這種變化又深刻影響著海洋生態系統的健康與穩定。例如，適量的硝酸鹽氮能夠為海洋中的浮游植物提供充足的養分，促進其生長繁殖，進而維持海洋食物鏈的穩定；然而，當硝酸鹽氮含量過高時，可能引發水體富營養化，導致赤潮等海洋生態災害的發生，對海洋生物的生存和海洋生態系統的平衡造成嚴重威脅。氧同位素同樣是海洋生態系統研究中的關鍵指標。它不僅參與了海洋中的水文循環，通過與水分子的相互作用，反映海水的溫度、鹽度等物理性質的變化，還在海水物質交換和生物地球化學循環中扮演著重要角色。在海洋與大氣的交換過程中，氧同位素的分餾效應能夠記錄大氣中水汽的來源和傳輸路徑，為研究全球氣候變化提供重要線索；在生物地球化學循環方面，不同生物過程對氧同位素的偏好性不同，使得氧同位素成為研究海洋生物活動和生態系統功能的有力工具。將硝酸鹽氮與氧同位素進行組合分析，能夠為海洋和陸地營養物質循環研究提供更為全面和準確的數據支持。通過測定硝酸鹽氮的含量和氧同位素比值，可以深入了解海洋中氮素的來源、遷移轉化過程以及與其他營養物質的相互作用關系。在研究海洋生物地球化學循環時，硝酸鹽氮的氧同位素組成可以幫助我們追蹤氮素在海洋食物鏈中的傳遞和轉化，揭示海洋生態系統中物質和能量的流動規律；在探討海洋與氣候變化的關系時，二者的分析結果可以作為重建過去海洋環境變化的重要指標，為預測未來氣候變化趨勢提供科學依據。南海，作為典型的邊緣海系統，在全球海洋生態系統中占據著獨特的地位。一方面，它通過大氣沉降和河流輸入接收了大量來自人類活動的氮素。隨著經濟的快速發展和人口的增長，周邊地區的工業廢水、農業面源污染以及生活污水的排放不斷增加，這些含有大量氮素的污染物通過大氣傳輸和河流輸送進入南海，改變了南海海域的氮素收支平衡，對海洋生態環境產生了深遠影響。另一方面，南海與西北太平洋通過呂宋海峽緊密相連，兩個海盆之間的水體交換十分頻繁。這種水體交換不僅影響著南海內部的營養物質分布、收支和循環，還對整個西北太平洋地區的海洋生態系統產生了重要作用。呂宋海峽的“三明治”式環流結構使得西北太平洋和南海中、深層水的硝酸鹽特征存在明顯差異，進而影響著兩個海域的生物群落結構和生態功能。對南海及西北太平洋的硝酸鹽氮、氧同位素組成進行研究，具有多方面的重要意義。在海洋生物地球化學循環研究方面，能夠揭示這一區域氮素的生物地球化學過程，包括浮游植物對硝酸鹽的吸收利用、硝化作用、反硝化作用等，以及這些過程在不同水層和季節的變化規律，為深入理解海洋生態系統的物質循環和能量流動提供關鍵信息。在海洋與氣候變化研究領域，通過分析硝酸鹽氮、氧同位素的變化，可以重建過去該區域海洋環境的變化歷史，包括溫度、鹽度、環流等因素的演變，進而為預測未來氣候變化對海洋生態系統的影響提供科學依據。在海洋環境污染監測方面，二者的分析結果可以作為評估海洋環境污染程度和來源的重要指標，幫助我們及時發現和解決海洋環境問題，保護海洋生態環境的健康。1.2國內外研究現狀在過去的幾十年里，國內外學者圍繞海洋中硝酸鹽氮、氧同位素組成展開了廣泛而深入的研究，取得了一系列豐碩的成果。在海洋生物地球化學循環研究方面，國外學者通過對不同海域硝酸鹽氮、氧同位素的長期監測和分析，揭示了海洋中氮素的循環過程和生物地球化學作用機制。研究發現，浮游植物對硝酸鹽的吸收利用過程中存在顯著的同位素分餾效應，使得海水中硝酸鹽的氮、氧同位素組成發生變化，從而可以通過分析這些同位素組成來追蹤浮游植物的生長和代謝活動；硝化作用和反硝化作用等過程也會對硝酸鹽的同位素組成產生影響，通過對這些過程的研究，進一步加深了對海洋氮循環的理解。國內學者在海洋氮循環研究方面也取得了重要進展。通過對南海、東海等海域的調查研究，揭示了我國近海海域氮素的來源、分布和循環特征。研究表明，我國近海海域受到陸地輸入、大氣沉降和海洋內部循環等多種因素的影響，硝酸鹽氮、氧同位素組成呈現出復雜的空間分布格局；通過對一些典型河口和海灣的研究，發現人類活動對海洋氮循環的影響日益顯著，如工業廢水和生活污水的排放導致河口和海灣地區硝酸鹽氮含量升高，同位素組成發生改變，進而影響了海洋生態系統的結構和功能。在海洋與氣候變化研究領域，國外學者利用冰芯、海洋沉積物等地質記錄中的硝酸鹽氮、氧同位素信息，重建了過去氣候變化的歷史，揭示了海洋在全球氣候變化中的重要作用。研究發現，在冰期-間冰期旋回過程中，海洋中硝酸鹽的同位素組成發生了明顯變化，這些變化與全球氣候變化密切相關，通過對這些變化的研究，可以更好地理解氣候變化的機制和規律；通過對現代海洋中硝酸鹽氮、氧同位素的監測，發現它們對氣候變化的響應十分敏感，如海水溫度、鹽度和環流的變化都會導致硝酸鹽同位素組成的改變，從而為預測未來氣候變化提供了重要依據。國內學者也在積極開展海洋與氣候變化相關的研究工作。通過對南海等海域的研究，發現該地區的硝酸鹽氮、氧同位素組成與氣候變化存在著密切的聯系，如在厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）等氣候事件期間，南海海域的硝酸鹽同位素組成會發生顯著變化，這些變化可以作為氣候變化的指示信號；利用數值模擬等方法，研究了氣候變化對海洋氮循環的影響，預測了未來海洋環境變化的趨勢，為應對氣候變化提供了科學依據。盡管國內外在海洋硝酸鹽氮、氧同位素組成研究方面已經取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處。在研究區域上，雖然對全球各大洋和一些典型海域進行了研究，但對于一些特殊海域，如深海熱液區、極地海域等，由于采樣困難等原因，相關研究還相對較少。在研究內容上，目前對于海洋中硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響因素和生物地球化學過程的認識還不夠全面和深入。雖然已經知道浮游植物吸收、硝化作用、反硝化作用等過程會對同位素組成產生影響，但這些過程之間的相互作用以及在不同環境條件下的變化規律還需要進一步研究；對于一些新的影響因素，如海洋酸化、微塑料污染等對硝酸鹽同位素組成的影響，研究還處于起步階段。在研究方法上，現有的分析技術和手段還存在一定的局限性。目前常用的分析方法在精度、靈敏度和分析速度等方面還不能完全滿足研究的需求，需要進一步開發和改進新的分析技術和方法；在數據處理和模型構建方面，也需要不斷完善，以提高對海洋硝酸鹽氮、氧同位素組成變化規律的認識和預測能力。針對南海及西北太平洋這一特定區域，目前的研究主要集中在水體交換、生物地球化學過程等方面，對于該區域硝酸鹽氮、氧同位素組成的綜合研究還相對較少。雖然已有研究揭示了南海和西北太平洋全水柱內的多種生物地球化學過程以及水體交換對硝酸鹽分布的影響，但對于硝酸鹽氮、氧同位素在不同水團中的特征和變化規律，以及它們與海洋環境因素之間的定量關系，還缺乏系統的研究。在該區域的研究中，對于人類活動對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響機制，以及這些影響在區域尺度上的表現和傳遞過程，也有待進一步深入探討。因此，開展南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成的研究，具有重要的創新性和必要性，有望填補該領域在區域研究上的空白，為深入理解海洋生態系統的結構和功能提供新的視角和數據支持。1.3研究目標與內容本研究旨在深入揭示南海及西北太平洋海域硝酸鹽氮、氧同位素的組成特征，全面剖析影響其組成的關鍵因素，并積極探索其在海洋生物地球化學循環、海洋與氣候變化以及海洋環境污染監測等領域的應用潛力。具體研究內容如下：南海及西北太平洋海水樣本采集與分析：在南海及西北太平洋海域，依據不同的水團分布、環流特征以及生物活動區域，科學合理地設置多個采樣站點，運用專業的采樣設備，按照嚴格的采樣規范，采集不同深度層次的海水樣本。在實驗室中，對采集到的海水樣本進行細致的前處理，以確保樣本的純凈度和穩定性。采用先進的分析技術，如高精度的同位素比值質譜儀等，精確測定樣品中的硝酸鹽氮含量和氧同位素比值，構建全面、準確的南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素數據集。探究影響硝酸鹽氮、氧同位素組成的因素：從海洋環境因素、生物地球化學過程以及人類活動等多個角度，深入探討影響南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成的因素。通過對海水溫度、鹽度、溶解氧等物理化學參數的同步測量，分析這些環境因素與硝酸鹽氮、氧同位素組成之間的相關性；研究浮游植物對硝酸鹽的吸收利用、硝化作用、反硝化作用等生物地球化學過程對同位素組成的影響機制，明確不同過程在不同海域和水層中的相對貢獻；結合區域內的人類活動情況，如工業廢水排放、農業面源污染、大氣氮沉降等，評估人類活動對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響程度和范圍。探索硝酸鹽氮、氧同位素在海洋研究中的應用：將研究得到的硝酸鹽氮、氧同位素數據應用于海洋生物地球化學循環、海洋與氣候變化以及海洋環境污染監測等領域。在海洋生物地球化學循環研究中，利用同位素組成追蹤氮素在海洋食物鏈中的傳遞和轉化過程，揭示海洋生態系統中物質和能量的流動規律；在海洋與氣候變化研究中，通過分析同位素組成的變化，重建過去該區域海洋環境的變化歷史，預測未來氣候變化對海洋生態系統的影響；在海洋環境污染監測方面，以硝酸鹽氮、氧同位素組成作為指示指標，評估海洋環境污染的程度和來源，為海洋環境保護和管理提供科學依據。1.4研究方法與技術路線1.4.1采樣方法本研究計劃在南海及西北太平洋海域設置多個采樣站點，充分考慮不同水團分布、環流特征以及生物活動區域等因素，確保采樣的代表性。采樣站點將沿著主要的洋流路徑、水團邊界以及生物生產力較高的區域進行設置，以全面覆蓋研究區域內不同的海洋環境條件。例如，在南海北部，將在珠江口附近設置站點，以研究河流輸入對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響；在呂宋海峽附近設置站點，重點關注南海與西北太平洋水體交換區域的同位素特征；在西北太平洋的黑潮區域，設置多個站點，研究黑潮對硝酸鹽分布和同位素組成的影響。使用專業的海洋采樣設備，如采水器、CTD（溫鹽深儀）等，采集不同深度層次的海水樣本。采水器將采用具有高精度和可靠性的型號，如Niskin采水器，能夠準確采集不同深度的海水，且避免樣品之間的交叉污染。CTD將用于同步測量海水的溫度、鹽度、深度等物理參數，為后續分析提供重要的環境數據。采樣深度將涵蓋表層水、次表層水、溫躍層、中層水和深層水，以獲取不同水層的硝酸鹽氮、氧同位素信息。具體采樣深度將根據研究區域的海洋學特征和研究目的進行確定，例如在南海，表層水采樣深度一般為0-20米，次表層水為20-100米，溫躍層為100-300米，中層水為300-1000米，深層水為1000米以下；在西北太平洋，根據不同的水團和環流特征，相應調整采樣深度。每個采樣站點將采集多個平行樣品，以確保數據的準確性和可靠性。平行樣品的數量將根據實際情況確定，一般每個深度層次采集3-5個平行樣品。在采集過程中，將嚴格遵守采樣操作規程，確保樣品的質量和完整性。采樣后，將樣品迅速進行預處理，并妥善保存，以防止樣品中硝酸鹽氮的損失和同位素組成的變化。樣品將保存在低溫、避光的環境中，盡快送回實驗室進行分析。1.4.2實驗分析方法在實驗室中，首先對采集到的海水樣本進行細致的前處理，以去除雜質和干擾物質，確保樣本的純凈度和穩定性。前處理步驟包括過濾、酸化等。過濾將使用0.45μm的濾膜，去除海水中的懸浮顆粒物和微生物，避免其對后續分析產生干擾；酸化將使用適量的鹽酸，將海水的pH值調節至2左右，以防止硝酸鹽氮的還原和其他化學反應的發生。采用先進的分析技術測定樣品中的硝酸鹽氮含量和氧同位素比值。硝酸鹽氮含量的測定將采用離子色譜法或分光光度法。離子色譜法具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優點，能夠準確測定海水中的硝酸鹽氮含量；分光光度法則是基于硝酸鹽氮在特定波長下的吸光度與濃度的線性關系，通過測量吸光度來計算硝酸鹽氮含量，該方法操作簡單、成本較低，在海洋環境監測中也得到了廣泛應用。氧同位素比值的測定將采用同位素比值質譜儀（IRMS）。在測定前，需要對樣品進行預處理，將硝酸鹽轉化為適合質譜分析的形式。常用的方法是通過化學轉化，將硝酸鹽轉化為一氧化氮或氧化亞氮氣體，然后將氣體引入同位素比值質譜儀中進行測定。在轉化過程中，將嚴格控制反應條件，確保轉化效率和同位素分餾的穩定性，以提高測定結果的準確性。為了確保分析結果的準確性和可靠性，將采取一系列質量控制措施。使用標準物質對分析儀器進行校準，定期檢查儀器的性能和穩定性；對每個樣品進行多次測量，取平均值作為最終結果，并計算測量的標準偏差，以評估數據的重復性和精度；同時，進行空白實驗和加標回收實驗，檢查實驗過程中是否存在污染和系統誤差，確保分析結果的可靠性。1.4.3技術路線本研究的技術路線如圖1所示，首先進行南海及西北太平洋海域的海水采樣，同步測量海水的溫度、鹽度、溶解氧等物理化學參數，為后續分析提供全面的環境數據。在實驗室中，對采集到的海水樣本進行前處理，去除雜質和干擾物質，然后采用離子色譜法或分光光度法測定硝酸鹽氮含量，采用同位素比值質譜儀測定氧同位素比值，構建硝酸鹽氮、氧同位素數據集。對得到的數據進行處理和分析，運用統計學方法，如相關性分析、聚類分析等，探究硝酸鹽氮、氧同位素組成與海水溫度、鹽度、溶解氧等環境因素之間的相關性，以及不同海域和水層中同位素組成的差異和變化規律。通過建立數學模型，如多元線性回歸模型、同位素混合模型等，定量分析不同因素對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響，確定各因素的相對貢獻。結合海洋生物地球化學過程和人類活動等因素，深入探討硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響機制。研究浮游植物對硝酸鹽的吸收利用、硝化作用、反硝化作用等生物地球化學過程對同位素組成的影響，分析人類活動，如工業廢水排放、農業面源污染、大氣氮沉降等，對該區域硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響程度和范圍。將研究得到的硝酸鹽氮、氧同位素數據應用于海洋生物地球化學循環、海洋與氣候變化以及海洋環境污染監測等領域。在海洋生物地球化學循環研究中，利用同位素組成追蹤氮素在海洋食物鏈中的傳遞和轉化過程，揭示海洋生態系統中物質和能量的流動規律；在海洋與氣候變化研究中，通過分析同位素組成的變化，重建過去該區域海洋環境的變化歷史，預測未來氣候變化對海洋生態系統的影響；在海洋環境污染監測方面，以硝酸鹽氮、氧同位素組成作為指示指標，評估海洋環境污染的程度和來源，為海洋環境保護和管理提供科學依據。[此處插入技術路線圖]圖1：研究技術路線圖二、南海及西北太平洋區域概況2.1地理位置與范圍南海，作為西太平洋的重要邊緣海，位于中國最南部。其北接中國廣東、海南等省區，南至加里曼丹島，東接太平洋，西南通印度洋，海域面積約356萬平方千米，其中屬于中國管轄范圍的是九段線之內的約210萬平方千米。南海呈北東—南西向伸展的菱形，在其北部、西部發育陸架、陸坡地形，在其南部和東部則發育島架和島坡地形，中部主要為深海平原，海底廣闊而平坦，馬尼拉海溝呈反“S”型深嵌于其中，深達4500米以上。南海地理位置十分重要，是連接太平洋和印度洋的重要海上通道，每年有大量的商船和油輪經過這里，對全球貿易和能源運輸具有重要意義。南海周邊有眾多國家，包括中國、越南、菲律賓、馬來西亞、文萊等，這些國家在南海的經濟、政治和軍事等方面都有著密切的聯系和互動。西北太平洋是太平洋的重要組成部分，其范圍大致涵蓋了從亞洲大陸東部海岸到國際日期變更線之間的海域。北至白令海峽，與北冰洋相連；南至赤道附近，與南太平洋相接。西北太平洋擁有廣闊的海域，包括日本海、鄂霍次克海、東海等邊緣海，以及眾多的島嶼，如日本列島、千島群島、菲律賓群島等。該區域是世界上最活躍的海洋區域之一，擁有豐富的海洋資源，如漁業資源、石油天然氣資源等。西北太平洋的洋流系統復雜，其中黑潮是該區域最重要的暖流之一，它對周邊地區的氣候和海洋生態系統產生了深遠的影響。黑潮帶來了溫暖的海水和豐富的營養物質，促進了海洋生物的生長和繁殖，同時也影響了周邊地區的氣候，使得一些地區氣候溫和濕潤。2.2海洋環境特征2.2.1水文條件南海及西北太平洋的水文條件復雜多樣，溫度、鹽度和海流等要素的分布與變化對硝酸鹽氮、氧同位素有著重要影響。在溫度方面，南海地處熱帶和亞熱帶海域，整體水溫較高，平均水溫終年在22℃以上。其表層水溫受太陽輻射影響顯著，呈現出明顯的季節性和空間變化。夏季，太陽輻射強烈，表層水溫普遍升高，尤其是在南海北部和西部海域，水溫可超過28℃；而在冬季，受東北季風影響，南海北部水溫有所下降，部分海域水溫可降至20℃左右。在垂直方向上，南海水溫隨深度增加而降低，形成明顯的溫躍層。溫躍層的存在阻礙了上下層水體的交換，使得不同水層的溫度差異較大，對海洋生物地球化學過程和硝酸鹽氮、氧同位素的分布產生重要影響。例如，在溫躍層以上的表層水體，由于光照充足、溫度適宜，浮游植物生長旺盛，對硝酸鹽的吸收利用較為活躍，導致硝酸鹽氮、氧同位素組成發生變化；而在溫躍層以下的深層水體，水溫較低，生物活動相對較弱，硝酸鹽的循環過程較為緩慢，同位素組成相對穩定。西北太平洋的水溫分布也呈現出明顯的緯度差異。赤道附近海域水溫較高，常年保持在28℃左右；隨著緯度的升高，水溫逐漸降低，在高緯度的亞北極海域，水溫可降至0℃以下。西北太平洋的黑潮是影響該區域水溫分布的重要因素之一。黑潮是一支強大的暖流，它從低緯度地區攜帶大量溫暖的海水向北流動，使得流經海域的水溫明顯升高。在黑潮的影響下，日本沿岸海域水溫相對較高，與同緯度的其他海域相比，水溫可高出2-4℃。這種水溫的差異不僅影響了海洋生物的分布和生長，還對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和循環產生重要作用。例如，在黑潮與親潮交匯的區域，由于水溫、鹽度等水文條件的急劇變化，形成了復雜的海洋生態環境，導致硝酸鹽氮、氧同位素組成呈現出獨特的變化特征。鹽度是影響海洋物理、化學和生物過程的重要因素之一。南海的鹽度分布受到多種因素的影響，包括降水、蒸發、河流輸入和水體交換等。南海大部分海域的鹽度基本為33‰，但在一些河口和近岸區域，由于受到河流淡水輸入的影響，鹽度明顯降低。例如，珠江口附近海域的鹽度可低至30‰以下，而在遠離河口的外海區域，鹽度則相對穩定。在垂直方向上，南海鹽度隨深度變化較小，但在某些特殊區域，如呂宋海峽附近，由于存在強烈的水體交換，鹽度在不同水層之間存在一定的差異。這種鹽度的變化會影響海水的密度和環流，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素的分布和輸送。西北太平洋的鹽度分布也呈現出一定的規律。在副熱帶海域，由于蒸發量大于降水量，鹽度較高，可達到35‰以上；而在赤道附近和高緯度海域，由于降水量較大或受到淡水輸入的影響，鹽度相對較低。黑潮在流經過程中，鹽度也會發生變化。在黑潮源地，鹽度相對較高，隨著黑潮向北流動，與周圍海水發生混合，鹽度逐漸降低。鹽度的變化對西北太平洋的海洋生態系統和硝酸鹽氮、氧同位素的循環有著重要影響。例如，在鹽度較高的海域，海洋生物的生長和代謝可能會受到一定的限制，從而影響硝酸鹽的生物地球化學過程和同位素組成。海流是海洋中水體的大規模流動，對海洋物質的輸送和分布起著關鍵作用。南海的海流系統主要包括南海暖流、南海沿岸流和季風漂流等。南海暖流是一支重要的暖流，它從南海南部向北流動，對南海的熱量和物質輸送起到重要作用。南海沿岸流則沿著南海周邊海岸流動，受到地形和季風的影響較大。在冬季，受東北季風影響，南海沿岸流自北向南流動；而在夏季，受西南季風影響，南海沿岸流則自南向北流動。季風漂流則是在季風的作用下形成的，它對南海與周邊海域的水體交換和物質循環有著重要影響。這些海流的存在使得南海不同區域的海水發生混合和交換，對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和變化產生重要影響。例如，南海暖流攜帶的高硝酸鹽含量的海水與南海沿岸流攜帶的低硝酸鹽含量的海水混合，會導致混合區域硝酸鹽氮、氧同位素組成發生變化。西北太平洋的海流系統更為復雜，包括黑潮、親潮、北太平洋暖流等。黑潮是西北太平洋最重要的暖流之一，它具有流速快、流量大、溫度高、鹽度高等特點。黑潮從菲律賓以東的太平洋海域出發，沿著亞洲大陸東岸向北流動，一直延伸到日本以東的海域。黑潮對西北太平洋的氣候、海洋生態系統和物質循環都有著深遠的影響。它不僅攜帶了大量的熱量和營養物質，還對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和輸送起到重要作用。親潮則是一支寒流，它從高緯度的北極海域南下，與黑潮在日本以東的海域交匯。親潮的存在使得交匯區域的水溫、鹽度等水文條件發生急劇變化，形成了復雜的海洋生態環境，對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和循環產生重要影響。北太平洋暖流則是在西風帶的作用下形成的，它從日本以東的海域向東流動，將西北太平洋的海水輸送到北美洲西海岸。北太平洋暖流對西北太平洋與東太平洋之間的水體交換和物質循環有著重要作用，也會影響硝酸鹽氮、氧同位素在這兩個區域之間的分布和變化。2.2.2生物地球化學特征南海及西北太平洋的生物地球化學特征豐富多樣，海洋生物活動和營養鹽循環等過程與硝酸鹽氮、氧同位素組成密切相關。海洋生物在海洋生態系統中扮演著至關重要的角色，它們的活動對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和轉化產生重要影響。浮游植物是海洋中最主要的初級生產者，它們通過光合作用吸收二氧化碳和營養鹽，將其轉化為有機物質。在這個過程中，浮游植物對硝酸鹽的吸收具有選擇性，優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，從而導致海水中剩余硝酸鹽的氮、氧同位素比值升高。這種現象在南海及西北太平洋的真光層內尤為明顯，因為真光層內光照充足，浮游植物生長旺盛，對硝酸鹽的吸收利用較為活躍。研究表明，在南海真光層內，浮游植物對硝酸鹽的部分吸收是導致硝酸鹽同位素組成分布的重要因素之一。不同種類的浮游植物對硝酸鹽的吸收利用能力和同位素分餾效應也存在差異。一些硅藻和甲藻等浮游植物對硝酸鹽的吸收效率較高，且同位素分餾效應明顯，它們的生長和繁殖會對海水中硝酸鹽氮、氧同位素組成產生較大影響；而一些藍藻等浮游植物對硝酸鹽的吸收利用能力相對較弱，同位素分餾效應也較小，對硝酸鹽同位素組成的影響相對較小。海洋中的微生物活動也對硝酸鹽氮、氧同位素的循環起著重要作用。硝化作用是指氨氮在硝化細菌的作用下被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。在這個過程中，硝化細菌會優先利用輕同位素組成的氨氮，導致生成的硝酸鹽中重同位素相對富集，從而使硝酸鹽的氮、氧同位素比值升高。反硝化作用則是指硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原為氮氣或氧化亞氮的過程。在反硝化過程中，反硝化細菌會優先利用輕同位素組成的硝酸鹽，導致剩余硝酸鹽的氮、氧同位素比值升高。南海及西北太平洋的不同海域和水層中，硝化作用和反硝化作用的強度存在差異，這會導致硝酸鹽氮、氧同位素組成在空間上的變化。例如，在一些富營養化的海域，由于氨氮含量較高，硝化作用較為強烈，會使硝酸鹽的氮、氧同位素比值升高；而在一些缺氧的海域，反硝化作用可能更為活躍，也會導致硝酸鹽氮、氧同位素比值發生變化。營養鹽循環是海洋生物地球化學循環的重要組成部分，它與硝酸鹽氮、氧同位素的分布和變化密切相關。南海及西北太平洋的營養鹽來源廣泛，包括大氣沉降、河流輸入、海洋生物的分解和水體交換等。大氣沉降是海洋中營養鹽的重要來源之一，它將陸地上的氮、磷等營養物質通過大氣傳輸帶入海洋。在南海及西北太平洋，大氣沉降的氮素主要以硝酸鹽和銨鹽的形式存在，這些氮素的輸入會影響海洋中硝酸鹽的含量和同位素組成。研究表明，在一些受大氣沉降影響較大的海域，海水中硝酸鹽的氮、氧同位素組成與大氣沉降的氮素來源密切相關。河流輸入也是海洋營養鹽的重要來源之一，它將陸地上的營養物質通過河流輸送到海洋。在南海，珠江、湄公河等河流攜帶大量的營養物質進入南海，對南海的營養鹽分布和循環產生重要影響。河流輸入的硝酸鹽氮、氧同位素組成與陸地上的污染源和土壤性質等因素有關，這些因素的差異會導致河流輸入的硝酸鹽同位素組成存在變化，進而影響南海海域的硝酸鹽同位素組成。海洋生物的分解過程也會釋放出營養鹽，參與海洋中的營養鹽循環。當海洋生物死亡后，它們的遺體在微生物的作用下逐漸分解，釋放出氮、磷等營養物質，這些營養物質又可以被其他海洋生物吸收利用。在這個過程中，硝酸鹽氮、氧同位素的組成也會發生變化。例如，海洋生物在生長過程中吸收的硝酸鹽具有一定的同位素組成，當它們死亡分解后，釋放出的硝酸鹽同位素組成會受到生物代謝過程和分解環境的影響。如果分解環境中存在硝化作用或反硝化作用等微生物活動，會進一步改變硝酸鹽的同位素組成。水體交換是海洋中營養鹽循環的重要方式之一，它通過海流等方式將不同海域和水層的海水進行混合和交換，從而影響營養鹽的分布和循環。在南海及西北太平洋，不同水團之間的水體交換對硝酸鹽氮、氧同位素的分布和變化起著重要作用。例如，南海與西北太平洋通過呂宋海峽相連通，兩個海盆間的水體交換對南海內部的營養物質分布、收支和循環產生了很大影響。在呂宋海峽附近，由于存在強烈的水體交換，不同水團的硝酸鹽氮、氧同位素組成發生混合和變化，形成了獨特的同位素分布特征。三、硝酸鹽氮、氧同位素的基本概念與分析方法3.1基本概念同位素，是指質子數相同而中子數不同的同一元素的不同核素。在自然界中，氮元素存在兩種穩定同位素，即^{14}N和^{15}N，其中^{14}N的相對豐度約為99.63%，^{15}N的相對豐度約為0.37%；氧元素存在三種穩定同位素，分別為^{16}O、^{17}O和^{18}O，其相對豐度依次約為99.762%、0.038%和0.200%。硝酸鹽氮、氧同位素便是指含有不同氮、氧同位素組成的硝酸鹽。在海洋研究中，硝酸鹽氮、氧同位素的表示方法通常采用δ值，其計算公式為：\delta^{15}N或\delta^{18}O=[(R_{?

·???}/R_{?

????})-1]\times1000a?°，其中R_{?

·???}為樣品中重同位素與輕同位素的比值，R_{?

????}為標準物質中重同位素與輕同位素的比值。對于氮同位素，常用的標準物質是大氣氮（AIR），其^{15}N/^{14}N比值被定義為1；對于氧同位素，常用的標準物質是維也納標準平均海洋水（VSMOW），其^{18}O/^{16}O比值被定義為1。δ值表示樣品中同位素比值相對于標準物質的千分差，正值表示樣品中重同位素相對富集，負值表示輕同位素相對富集。硝酸鹽氮、氧同位素在海洋研究中具有重要作用。它們是示蹤海洋中氮素來源和循環過程的重要工具。由于不同來源的硝酸鹽具有不同的氮、氧同位素組成，通過分析海水中硝酸鹽氮、氧同位素的組成，可以判斷硝酸鹽的來源，如大氣沉降、河流輸入、生物固氮等。在南海，通過對硝酸鹽氮、氧同位素的分析，發現大氣沉降輸入的硝酸鹽具有較輕的氮同位素組成，而河流輸入的硝酸鹽則受到陸地土壤和污染源的影響，其氮、氧同位素組成較為復雜。這有助于我們了解海洋中氮素的來源和分布情況，進而深入研究海洋氮循環過程。在研究海洋生物地球化學過程時，硝酸鹽氮、氧同位素也發揮著關鍵作用。浮游植物對硝酸鹽的吸收利用過程中存在同位素分餾效應，這使得海水中硝酸鹽的氮、氧同位素組成發生變化，從而可以通過分析這些同位素組成來追蹤浮游植物的生長和代謝活動。在海洋中，當浮游植物大量繁殖并吸收硝酸鹽時，會優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，導致剩余海水中硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高。通過監測硝酸鹽氮、氧同位素的變化，可以了解浮游植物的生長狀況和對氮素的利用效率，揭示海洋生態系統中物質和能量的流動規律。硝酸鹽氮、氧同位素還能為海洋與氣候變化研究提供重要信息。在全球氣候變化的背景下，海洋環境發生了一系列變化，這些變化會影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。海水溫度、鹽度和環流的變化會導致硝酸鹽在海洋中的分布和循環發生改變，進而影響其同位素組成。通過分析不同歷史時期海洋沉積物中硝酸鹽氮、氧同位素的組成，可以重建過去海洋環境的變化歷史，為預測未來氣候變化對海洋生態系統的影響提供科學依據。3.2分析方法3.2.1樣品采集與預處理在南海及西北太平洋海域進行樣品采集時，依據海洋環境的復雜性和研究目的，精心設計采樣方案。在南海，考慮到其邊緣海的特性，以及受到河流輸入、大氣沉降和水體交換等多種因素的影響，在珠江口、呂宋海峽等關鍵區域設置采樣點。珠江口附近的采樣點能夠有效監測河流輸入對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響，因為珠江攜帶了大量來自陸地的營養物質和污染物，其輸入的硝酸鹽具有獨特的同位素特征；呂宋海峽作為南海與西北太平洋水體交換的重要通道，在此設置采樣點可以研究水體交換過程中硝酸鹽同位素的變化規律。在西北太平洋，根據黑潮、親潮等主要洋流的路徑和影響范圍，以及不同水團的分布情況，在黑潮主干流、黑潮與親潮交匯區等區域設置采樣點。黑潮主干流區域的采樣可以了解黑潮對硝酸鹽的輸送和同位素組成的影響，而交匯區的采樣則能研究不同水團混合過程中硝酸鹽同位素的變化。使用專業的采樣設備，如Niskin采水器，確保采集到不同深度層次的海水樣品。Niskin采水器具有良好的密封性和可靠性，能夠在不同深度準確采集海水，避免樣品之間的交叉污染。采樣深度涵蓋表層水、次表層水、溫躍層、中層水和深層水，以獲取全面的硝酸鹽氮、氧同位素信息。表層水采樣深度一般為0-20米，此深度的海水受太陽輻射、大氣交換和生物活動影響較大，硝酸鹽同位素組成變化較為明顯；次表層水為20-100米，該區域是浮游植物生長的活躍區域，對硝酸鹽的吸收利用會導致同位素組成發生變化；溫躍層為100-300米，溫躍層的存在阻礙了上下層水體的交換，使得該區域的硝酸鹽同位素組成具有獨特性；中層水為300-1000米，中層水的硝酸鹽來源和循環過程相對復雜，其同位素組成反映了多種生物地球化學過程的綜合影響；深層水為1000米以下，深層水的硝酸鹽同位素組成相對穩定，主要受到海洋環流和深層水形成過程的影響。每個采樣站點采集多個平行樣品，一般每個深度層次采集3-5個平行樣品，以提高數據的準確性和可靠性。在采集過程中，嚴格遵守采樣操作規程，確保樣品的質量和完整性。采樣后，迅速對樣品進行預處理。首先，使用0.45μm的濾膜對樣品進行過濾，去除海水中的懸浮顆粒物和微生物，這些雜質可能會干擾后續的分析結果，影響硝酸鹽氮、氧同位素的測定準確性。接著，向樣品中加入適量的鹽酸，將海水的pH值調節至2左右，進行酸化處理。酸化的目的是防止硝酸鹽氮的還原和其他化學反應的發生，確保樣品中硝酸鹽的穩定性。處理后的樣品保存在低溫、避光的環境中，盡快送回實驗室進行分析。在運輸過程中，使用專門的樣品運輸箱，保持樣品的低溫狀態，避免溫度變化對樣品產生影響。3.2.2儀器分析技術測定樣品中的硝酸鹽氮含量和氧同位素比值，采用先進的分析技術和儀器。硝酸鹽氮含量的測定可選用離子色譜法或分光光度法。離子色譜法基于離子交換原理，將硝酸鹽離子與其他離子分離，然后通過電導檢測器檢測其濃度。該方法具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優點，能夠準確測定海水中低濃度的硝酸鹽氮含量。在使用離子色譜儀時，需要選擇合適的色譜柱和淋洗液，以確保硝酸鹽離子的有效分離和準確檢測。例如，常用的陰離子交換色譜柱可以有效地分離硝酸鹽離子與其他常見陰離子，如氯離子、硫酸根離子等；淋洗液的組成和濃度也會影響分離效果和檢測靈敏度，一般使用碳酸鈉-碳酸氫鈉混合溶液作為淋洗液。分光光度法則是利用硝酸鹽氮在特定波長下的吸光度與濃度的線性關系，通過測量吸光度來計算硝酸鹽氮含量。該方法操作簡單、成本較低，在海洋環境監測中應用廣泛。在紫外分光光度法中，硝酸根離子在220nm波長處有強烈吸收，而溶解的有機物在220nm處也有吸收，但在275nm處沒有吸收。因此，通過分別測定水樣在220nm和275nm波長處的吸光度，并根據公式A=A220-2A275進行校正，可以消除有機物的干擾，準確計算硝酸鹽氮含量。在使用分光光度計進行測定時，需要注意儀器的波長準確性、吸光度線性范圍等參數的校準，以確保測定結果的可靠性。氧同位素比值的測定采用同位素比值質譜儀（IRMS）。在測定前，需要將樣品中的硝酸鹽轉化為適合質譜分析的形式，通常是將硝酸鹽轉化為一氧化氮或氧化亞氮氣體。以轉化為一氧化氮為例，通過化學還原反應，將硝酸鹽中的氮和氧轉化為一氧化氮，然后將一氧化氮氣體引入同位素比值質譜儀中。在離子源中，一氧化氮分子被離子化，形成帶電離子。這些離子在電場和磁場的作用下，根據其質荷比（m/z）的不同進行分離。含有不同氧同位素的一氧化氮離子，由于其質量的微小差異，在磁場中的偏轉程度不同，從而被分離出來。檢測器檢測不同質荷比離子的強度，通過與標準物質進行比較，計算出樣品中氧同位素的比值。在轉化過程中，嚴格控制反應條件，如反應溫度、試劑用量等，確保轉化效率和同位素分餾的穩定性，以提高測定結果的準確性。同時，定期對同位素比值質譜儀進行校準和維護，檢查儀器的離子源、質量分析器和檢測器等部件的性能，確保儀器的正常運行和分析精度。3.2.3質量控制與數據處理為確保分析結果的準確性和可靠性，實施一系列嚴格的質量控制措施。使用標準物質對分析儀器進行校準，定期檢查儀器的性能和穩定性。在硝酸鹽氮含量測定中，使用已知濃度的硝酸鹽標準溶液對離子色譜儀或分光光度計進行校準，繪制標準曲線。標準溶液的濃度范圍應覆蓋樣品中可能出現的硝酸鹽氮含量，以確保儀器在不同濃度下的準確性。定期檢查標準曲線的線性關系和斜率，如發現偏差，及時對儀器進行調整和校準。在氧同位素比值測定中，使用具有已知氧同位素組成的標準物質對同位素比值質譜儀進行校準。標準物質的選擇應與樣品的性質和同位素組成相近，以減少儀器分餾效應的影響。定期檢查儀器的質量分辨率、靈敏度和穩定性等性能指標，確保儀器能夠準確測量樣品中的氧同位素比值。對每個樣品進行多次測量，一般每個樣品測量3-5次，取平均值作為最終結果，并計算測量的標準偏差，以評估數據的重復性和精度。在測量過程中，嚴格控制實驗條件的一致性，如樣品的前處理方法、儀器的操作參數等，減少測量誤差。同時，進行空白實驗和加標回收實驗。空白實驗用于檢查實驗過程中是否存在污染，通過分析不含硝酸鹽的空白樣品，確定實驗過程中是否引入了額外的硝酸鹽或其他干擾物質。加標回收實驗則用于評估分析方法的準確性和可靠性，向已知硝酸鹽含量的樣品中加入一定量的標準物質，按照分析方法進行測定，計算加標回收率。加標回收率應在合理范圍內，一般要求在80%-120%之間，如回收率超出此范圍，需要對分析方法進行檢查和改進。在數據處理方面，運用統計學方法對測量數據進行分析。首先，對原始數據進行篩選和整理，剔除異常值和明顯錯誤的數據。異常值可能是由于實驗誤差、儀器故障或樣品污染等原因導致的，對數據的準確性和可靠性產生影響。通過繪制數據分布圖、計算數據的統計參數等方法，識別和剔除異常值。然后，計算數據的平均值、標準偏差、變異系數等統計參數，以描述數據的集中趨勢和離散程度。平均值反映了數據的總體水平，標準偏差和變異系數則衡量了數據的離散程度和穩定性。運用相關性分析、聚類分析等方法，探究硝酸鹽氮、氧同位素組成與海水溫度、鹽度、溶解氧等環境因素之間的相關性，以及不同海域和水層中同位素組成的差異和變化規律。相關性分析可以確定兩個或多個變量之間的線性關系程度，通過計算相關系數，判斷硝酸鹽氮、氧同位素組成與環境因素之間是否存在顯著的相關性。聚類分析則可以將具有相似特征的數據歸為一類，通過對不同海域和水層的樣品數據進行聚類分析，揭示同位素組成的空間分布特征和變化規律。通過建立數學模型，如多元線性回歸模型、同位素混合模型等，定量分析不同因素對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響，確定各因素的相對貢獻。多元線性回歸模型可以考慮多個自變量對因變量的影響，通過擬合回歸方程，確定不同環境因素和生物地球化學過程對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響系數，從而定量評估各因素的相對貢獻。同位素混合模型則可以用于分析不同來源的硝酸鹽對樣品中同位素組成的貢獻比例，通過已知來源硝酸鹽的同位素組成和樣品的同位素組成，計算各來源的相對貢獻，為研究硝酸鹽的來源和循環過程提供重要信息。四、南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成特征4.1南海硝酸鹽氮、氧同位素組成特征4.1.1空間分布特征南海海域廣闊，其硝酸鹽氮、氧同位素組成在空間上呈現出復雜的分布特征。在水平方向上，南海北部由于靠近陸地，受到河流輸入和大氣沉降的影響較大。珠江作為南海北部重要的河流，攜帶大量陸源物質注入南海。研究表明，珠江口附近海域的硝酸鹽氮同位素組成受到陸源污染的顯著影響，\delta^{15}N值相對較高，可達到8‰-12‰。這是因為陸源污染中的硝酸鹽多來自于人類活動，如農業化肥的使用、工業廢水和生活污水的排放等，這些來源的硝酸鹽具有較重的氮同位素組成。隨著向南海中部和南部海域的延伸，硝酸鹽氮同位素組成逐漸降低，\delta^{15}N值一般在4‰-8‰之間。南海中部和南部海域受到河流輸入的影響較小，大氣沉降和海洋內部的生物地球化學過程對硝酸鹽氮同位素組成的影響更為顯著。大氣沉降輸入的硝酸鹽具有較輕的氮同位素組成，在一定程度上稀釋了海水中原本的硝酸鹽，使得該區域\delta^{15}N值相對較低。在垂直方向上，南海硝酸鹽氮、氧同位素組成也存在明顯變化。在真光層內（一般為0-100米深度），由于浮游植物的光合作用和對硝酸鹽的吸收利用，硝酸鹽氮、氧同位素組成發生顯著變化。浮游植物優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，導致海水中剩余硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高。研究發現，南海西部真光層底部硝酸鹽\delta^{15}N平均值為5.3-5.7‰，隨著深度的增加，硝酸鹽氮、氧同位素比值逐漸升高，在真光層底部達到相對較高的值。這表明在真光層內，浮游植物對硝酸鹽的吸收利用是影響硝酸鹽氮、氧同位素組成的重要因素。在次表層水（100-300米深度），硝酸鹽氮、氧同位素組成相對穩定。該區域的硝酸鹽主要來源于真光層的沉降和水體的混合，受到浮游植物吸收和生物地球化學過程的影響相對較小。大氣氮沉降是次表層硝酸鹽\delta^{15}N極小值重要的貢獻端元，基于同位素平衡模型，粗略估算南海大氣氮沉降的速率為57μmolN?m-2?d-1，這表明大氣氮沉降對次表層硝酸鹽的同位素組成有一定影響。在中層水（300-1000米深度），硝酸鹽氮、氧同位素組成呈現出一定的變化趨勢。隨著深度的增加，硝酸鹽氮同位素值逐漸升高，這可能與中層水的環流和水團混合有關。南海中層水受到北太平洋中層水的影響，北太平洋中層水具有較高的硝酸鹽氮同位素值，在與南海中層水混合的過程中，使得南海中層水的硝酸鹽氮同位素值升高。使用NPIW（北太平洋中層水）在南海示蹤，發現NPIW中含有的硝酸鹽氮同位素高值信號在進入南海后逐漸衰弱，厚度由800m減小為200m，表明南海深層水和表層水在南海南部對南海中層水體的混合，使得北太平洋中層水中存在的硝酸鹽氮同位素高值信號被逐漸掩蓋。在深層水（1000米深度以下），硝酸鹽氮、氧同位素組成相對穩定，變化較小。深層水的硝酸鹽主要來源于海洋底部的沉積物釋放和水體的緩慢混合，受到外界因素的影響較小，因此其同位素組成相對穩定。4.1.2時間變化特征南海硝酸鹽氮、氧同位素組成在時間上也存在一定的變化規律，受到季節和年份等因素的影響。在季節變化方面，南海夏季和冬季的硝酸鹽氮、氧同位素組成存在明顯差異。夏季，南海受到西南季風的影響，表層海水溫度升高，降水增加，河流徑流量增大。這些因素導致陸源物質的輸入增加，尤其是河流攜帶的硝酸鹽增多。由于陸源硝酸鹽的同位素組成與海洋內部的硝酸鹽不同，使得南海海域的硝酸鹽氮、氧同位素組成發生變化。研究發現，夏季珠江口附近海域的硝酸鹽\delta^{15}N值相對較高，這是因為夏季珠江流量增大，攜帶更多陸源污染的硝酸鹽進入南海。夏季海水溫度升高，浮游植物生長旺盛，對硝酸鹽的吸收利用增強，進一步影響了硝酸鹽氮、氧同位素的組成。在真光層內，由于浮游植物的大量吸收，硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高更為明顯。冬季，南海受到東北季風的影響，海水溫度降低，降水減少，河流徑流量減小。此時，陸源物質的輸入相對減少，海洋內部的生物地球化學過程對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響相對增強。冬季南海北部海域的硝酸鹽\delta^{15}N值相對夏季有所降低，這是因為陸源污染輸入減少，海洋內部的硝酸鹽循環過程相對穩定。冬季浮游植物生長受到一定抑制，對硝酸鹽的吸收利用減弱，使得真光層內硝酸鹽氮、氧同位素的變化相對較小。在年份變化方面，南海硝酸鹽氮、氧同位素組成受到人類活動和氣候變化等因素的長期影響。隨著經濟的快速發展，南海周邊地區的人類活動日益頻繁，工業廢水、農業面源污染和生活污水的排放不斷增加，這些活動導致大量含氮污染物進入南海，改變了南海硝酸鹽的來源和同位素組成。研究表明，過去幾十年間，南海部分海域的硝酸鹽\delta^{15}N值呈現出逐漸升高的趨勢，這可能與人類活動導致的陸源污染增加有關。氣候變化也對南海硝酸鹽氮、氧同位素組成產生影響。全球氣候變暖導致海水溫度升高、海平面上升和海洋環流變化等，這些變化會影響海洋生物的生長和代謝，進而影響硝酸鹽的生物地球化學循環和同位素組成。在厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件期間，南海的海洋環境發生變化，海水溫度、鹽度和環流等因素的改變會影響硝酸鹽的分布和循環，導致硝酸鹽氮、氧同位素組成發生相應變化。4.2西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成特征4.2.1空間分布特征西北太平洋海域廣袤，其硝酸鹽氮、氧同位素組成在空間分布上呈現出獨特而復雜的格局，與南海相比存在顯著差異。在水平方向上，西北太平洋的硝酸鹽氮同位素組成受到多種因素的綜合影響。在靠近陸地的邊緣海域，如日本海、鄂霍次克海等，由于受到陸地徑流輸入和大氣沉降的影響，硝酸鹽氮同位素組成相對復雜。這些區域的\delta^{15}N值變化范圍較大，部分海域可達到6‰-10‰，這與陸地污染源的多樣性以及大氣氮沉降的特征密切相關。在遠離陸地的開闊大洋區域，硝酸鹽氮同位素組成相對較為均一，\delta^{15}N值一般在4‰-6‰之間。這主要是因為開闊大洋區域受到陸地影響較小，海洋內部的生物地球化學過程和水體混合作用相對穩定，使得硝酸鹽氮同位素組成相對穩定。與南海相比，南海北部靠近陸地的區域受河流輸入影響更為顯著，硝酸鹽氮同位素組成受陸源污染影響更大，\delta^{15}N值相對較高；而西北太平洋靠近陸地的邊緣海域雖然也受陸地影響，但由于其陸地徑流輸入和大氣沉降的來源和特征與南海不同，導致硝酸鹽氮同位素組成的變化范圍和趨勢存在差異。在垂直方向上，西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成同樣表現出明顯的分層特征。在真光層內（一般為0-150米深度），由于浮游植物的光合作用和對硝酸鹽的吸收利用，硝酸鹽氮、氧同位素組成發生顯著變化。與南海類似，浮游植物優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，使得海水中剩余硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高。在亞熱帶西北太平洋親潮-黑潮混合區，真光層中硝酸鹽\delta^{15}N平均值為6.3‰，高于南海西部真光層底部硝酸鹽\delta^{15}N平均值（5.3-5.7‰）。這可能是由于親潮-黑潮混合區的海洋環境更為復雜，受到來自不同水團的影響，以及生物群落結構和生物活動強度的差異所致。在次表層水（150-300米深度），西北太平洋的硝酸鹽氮、氧同位素組成受到大氣氮沉降和生物固氮等外源氮輸入的影響。由大氣沉降和生物固氮引入的外源氮信號（輕的硝酸鹽同位素和高的N*）在次表層和溫躍層水體中大量累積，并對硝酸鹽分布產生顯著影響。在該區域，大氣氮沉降是硝酸鹽\delta^{15}N極小值的重要貢獻端元，基于同位素平衡模型，粗略估算在親潮-黑潮混合區，大氣氮沉降的速率為40μmolN?m-2?d-1。與南海相比，南海大氣氮沉降的速率為57μmolN?m-2?d-1，雖速率有所不同，但都表明大氣氮沉降在兩個區域的次表層硝酸鹽同位素組成中都起著重要作用。在中層水（300-1000米深度），西北太平洋的硝酸鹽氮同位素組成受到海盆尺度環流的重要影響。北太平洋中層水（NPIW）的硝酸鹽氮同位素高值信號主要來自于東太平洋的反硝化區，在自東向西的輸運過程中，受水團上方低值水體混合的影響，高值信號逐漸減小。在親潮-黑潮混合區形成新的北太平洋中層水時，硝酸鹽氮同位素值已經降至約6.5‰。而南海中層水受到西北太平洋中層水的影響，在與南海中層水混合的過程中，使得南海中層水的硝酸鹽氮同位素值也發生相應變化。但由于南海獨特的地形和環流特征，其與西北太平洋中層水的混合程度和方式與西北太平洋內部不同，導致兩個區域中層水硝酸鹽氮同位素組成的變化特征存在差異。在深層水（1000米深度以下），西北太平洋的硝酸鹽氮、氧同位素組成相對穩定，變化較小。深層水的硝酸鹽主要來源于海洋底部的沉積物釋放和水體的緩慢混合，受到外界因素的影響較小，這與南海深層水的情況類似。但由于兩個區域的海洋地質和環流歷史不同，深層水的硝酸鹽氮、氧同位素組成的具體數值可能存在差異。4.2.2時間變化特征西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成在時間尺度上也呈現出明顯的變化趨勢，并且與海洋環境的動態變化密切相關，其驅動因素復雜多樣。在季節變化方面，西北太平洋的季節更替伴隨著顯著的海洋環境變化，這些變化對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生了重要影響。在夏季，太陽輻射增強，海水溫度升高，尤其是在低緯度海域，水溫可升高至25℃以上。這使得浮游植物的生長和繁殖更加活躍，它們對硝酸鹽的吸收利用也相應增加。浮游植物優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，導致海水中剩余硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高。在黑潮區域，夏季真光層內的硝酸鹽\delta^{15}N值相較于冬季可升高1-2‰。夏季降水增多，大氣氮沉降也隨之增加，這為海洋帶來了額外的氮源。大氣沉降中的硝酸鹽具有相對較輕的氮同位素組成，會在一定程度上稀釋海水中原本的硝酸鹽，對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生影響。冬季，西北太平洋的氣候條件發生顯著變化。在高緯度海域，海水溫度降低，部分海域水溫可降至0℃以下，這抑制了浮游植物的生長和代謝活動，使得浮游植物對硝酸鹽的吸收利用減少。硝酸鹽氮、氧同位素組成的變化相對較小，趨于穩定。冬季盛行的季風會改變海洋環流模式，影響水體的混合和營養物質的輸送。在一些海域，冬季的環流變化可能導致深層水與表層水的混合加劇，深層水中富含的硝酸鹽被帶到表層，這些硝酸鹽具有不同的同位素組成，從而影響表層水的硝酸鹽氮、氧同位素組成。在年際變化方面，西北太平洋受到多種氣候現象的影響，其中厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是最為顯著的因素之一。在厄爾尼諾事件期間，赤道東太平洋海域的海水溫度異常升高，導致大氣環流發生改變，進而影響西北太平洋的氣候和海洋環境。厄爾尼諾事件會引起西北太平洋的降水模式發生變化，大氣氮沉降的量和同位素組成也會相應改變。由于降水分布的變化，一些地區的大氣氮沉降可能增加，而另一些地區可能減少，這會對海水中硝酸鹽的來源和同位素組成產生影響。厄爾尼諾事件還會影響海洋環流和水體混合，導致不同水團之間的硝酸鹽交換發生變化，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素的分布和組成。研究表明，在厄爾尼諾事件期間，西北太平洋部分海域的硝酸鹽\delta^{15}N值可能會發生0.5-1‰的變化。除了ENSO事件，太平洋年代際振蕩（PDO）等氣候現象也會對西北太平洋的海洋環境和硝酸鹽氮、氧同位素組成產生長期影響。PDO是一種在太平洋地區存在的年代際尺度的氣候變率，它會導致海洋溫度、鹽度和環流等環境因素發生變化。在PDO的不同位相下，西北太平洋的海洋生態系統和生物地球化學過程也會發生改變，從而影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。在PDO的暖位相期間，西北太平洋的海水溫度升高，海洋生物的生長和代謝活動可能增強，對硝酸鹽的吸收利用也會發生變化，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。這些年際和年代際的氣候變化對西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響是復雜的，涉及多個生物地球化學過程和海洋環境因素的相互作用，需要進一步深入研究來全面理解其內在機制。4.3南海與西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成對比在水平方向上，南海和西北太平洋的硝酸鹽氮同位素組成呈現出明顯的差異。南海北部靠近陸地，受河流輸入影響顯著，珠江口附近海域由于陸源污染，\delta^{15}N值可高達8‰-12‰；隨著向南海中部和南部海域延伸，受河流輸入影響減小，大氣沉降和海洋內部生物地球化學過程的影響增大，\delta^{15}N值一般在4‰-8‰之間。而西北太平洋靠近陸地的邊緣海域，如日本海、鄂霍次克海等，受陸地徑流輸入和大氣沉降影響，\delta^{15}N值變化范圍較大，為6‰-10‰；在遠離陸地的開闊大洋區域，硝酸鹽氮同位素組成相對均一，\delta^{15}N值一般在4‰-6‰之間。這種差異主要源于兩個區域的陸地污染源特性以及大氣氮沉降的差異。南海北部主要受珠江等河流的陸源污染，而西北太平洋邊緣海域的陸地污染源更為多樣，包括來自不同國家和地區的河流輸入以及復雜的大氣氮沉降模式。在垂直方向上，兩個區域在不同水層的硝酸鹽氮、氧同位素組成也存在明顯差異。在真光層內，南海西部真光層底部硝酸鹽\delta^{15}N平均值為5.3-5.7‰，而亞熱帶西北太平洋親潮-黑潮混合區真光層中硝酸鹽\delta^{15}N平均值為6.3‰。這一差異可能與兩個區域的生物群落結構和生物活動強度有關。親潮-黑潮混合區的海洋環境更為復雜，受到來自不同水團的影響，生物群落結構可能更為多樣化，導致浮游植物對硝酸鹽的吸收利用和同位素分餾效應與南海存在差異。在次表層水，大氣氮沉降是兩個區域硝酸鹽\delta^{15}N極小值的重要貢獻端元，但沉降速率有所不同。南海大氣氮沉降的速率為57μmolN?m-2?d-1，而在親潮-黑潮混合區，大氣氮沉降的速率為40μmolN?m-2?d-1。這可能與兩個區域的大氣環流模式、地理位置以及周邊陸地的排放源有關。南海相對更靠近陸地，且受到季風影響，大氣氮沉降的來源和強度與西北太平洋的親潮-黑潮混合區存在差異。在中層水，西北太平洋的北太平洋中層水硝酸鹽氮同位素高值信號主要來自于東太平洋的反硝化區，在自東向西的輸運過程中，受水團上方低值水體混合的影響，高值信號逐漸減小，在親潮-黑潮混合區形成新的北太平洋中層水時已經降至約6.5‰。而南海中層水受到西北太平洋中層水的影響，在與南海中層水混合的過程中，使得南海中層水的硝酸鹽氮同位素值也發生相應變化。但由于南海獨特的地形和環流特征，其與西北太平洋中層水的混合程度和方式與西北太平洋內部不同。南海的地形復雜，島嶼眾多，環流模式相對復雜，這使得西北太平洋中層水在進入南海后，與南海中層水的混合更為復雜，導致硝酸鹽氮同位素值的變化特征與西北太平洋內部存在差異。在深層水，雖然兩個區域的硝酸鹽氮、氧同位素組成都相對穩定，變化較小，但由于海洋地質和環流歷史的不同，其具體數值可能存在差異。西北太平洋的深層水形成過程和環流路徑與南海不同，受到北極海冰融化、南極底層水等因素的影響，其深層水的化學組成和同位素特征與南海存在差異，進而導致硝酸鹽氮、氧同位素組成的具體數值有所不同。在時間變化方面，南海和西北太平洋的硝酸鹽氮、氧同位素組成都受到季節和氣候現象的影響，但影響程度和方式存在差異。在季節變化上，南海夏季受西南季風影響，陸源物質輸入增加，海水溫度升高，浮游植物生長旺盛，對硝酸鹽的吸收利用增強，導致硝酸鹽氮、氧同位素組成變化明顯；冬季受東北季風影響，陸源物質輸入減少，浮游植物生長受到抑制，硝酸鹽氮、氧同位素組成變化相對較小。而西北太平洋夏季太陽輻射增強，海水溫度升高，浮游植物生長活躍，對硝酸鹽的吸收利用增加，同時降水增多，大氣氮沉降也隨之增加；冬季海水溫度降低，浮游植物生長受到抑制，且季風改變海洋環流模式，影響水體混合和營養物質輸送。兩個區域季節變化的差異主要源于季風系統、海洋環流以及生物群落的不同。南海主要受亞洲季風影響，而西北太平洋受到多種大氣環流系統的影響，其海洋環流模式更為復雜，生物群落也與南海存在差異，這些因素共同導致了兩個區域硝酸鹽氮、氧同位素組成季節變化的不同。在年際變化上，西北太平洋受到厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、太平洋年代際振蕩（PDO）等氣候現象的顯著影響，這些氣候現象導致海洋環境發生變化，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素組成。而南海雖然也受到ENSO等氣候現象的影響，但由于其相對封閉的地理位置和獨特的海洋環境，其硝酸鹽氮、氧同位素組成對這些氣候現象的響應可能與西北太平洋不同。南海的地理位置使其受到周邊陸地和島嶼的影響較大，海洋環流相對較為封閉，這使得南海對ENSO等氣候現象的響應在程度和方式上與西北太平洋存在差異，從而導致硝酸鹽氮、氧同位素組成的年際變化也有所不同。五、影響南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成的因素5.1生物地球化學過程5.1.1生物固氮作用生物固氮作用是指某些特殊的微生物，如藍藻和一些原生生物，利用固氮酶將大氣中的氮氣（N_2）還原為氨（NH_3），并進一步合成有機氮化合物的過程。這一過程對南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成具有重要影響。在南海，史大林教授團隊與合作者依托GEOTRACES計劃西太平洋科學考察GP-09等航次，利用同位素示蹤和分子生物學等技術手段，對南海北部海盆的固氮速率和固氮生物群落開展觀測。研究發現，南海的生物固氮作用受到多種因素的調控，其中鐵和氮供給比率（Fe:Nsupplyratio）是關鍵因子之一。在一些海域，當Fe:N供給比率較高時，更有利于固氮生物對營養鹽的競爭，消耗有限的磷，形成磷限制，從而促進生物固氮作用的發生。生物固氮過程中，固氮微生物優先利用大氣中的氮氣，而大氣氮氣的氮同位素組成相對較輕，這使得通過生物固氮產生的硝酸鹽具有較輕的氮同位素組成。當生物固氮作用較強時，會向海水中輸入大量輕同位素組成的硝酸鹽，從而降低海水中硝酸鹽的\delta^{15}N值。在南海的某些海域，由于生物固氮作用的影響，海水中硝酸鹽的\delta^{15}N值可降低1-2‰。在西北太平洋，研究表明熱帶和亞熱帶區域是生物固氮的熱點海區。史大林教授團隊的研究揭示了該區域固氮速率和固氮生物豐度與硝酸鹽躍層深度以及Fe:N比值顯著相關。在一些高Fe:N供給比率的海域，如西菲律賓海和NPSG，固氮生物在浮游植物群落中具有競爭優勢，固氮作用活躍。生物固氮作用產生的輕同位素組成的硝酸鹽對西北太平洋海水中硝酸鹽的氮同位素組成產生了重要影響。在這些區域，生物固氮輸入的硝酸鹽使得海水中硝酸鹽的\delta^{15}N值相對較低，與周邊海域形成明顯差異。生物固氮作用還會影響海洋中氮素的循環和分布，進而間接影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。固氮生物固定的氮素在海洋食物鏈中傳遞和轉化，會改變不同生物體內氮的同位素組成，這些生物死亡后，其體內的氮素重新進入海洋環境，參與硝酸鹽的循環，從而對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生影響。5.1.2硝化與反硝化作用硝化作用是指硝化細菌將銨鹽（NH_4^+）氧化為亞硝酸鹽（NO_2^-），進而再氧化為硝酸鹽（NO_3^-）的過程。在這一過程中，微生物優先利用較輕的同位素（^{14}N和^{16}O），隨著反應的進行，硝酸鹽中會富集大量的^{15}N和^{18}O。在土壤中，硝化作用所需的氧原子2/3來自于H_2O，1/3來自于O_2。在海洋環境中，硝化作用同樣會導致硝酸鹽的氮、氧同位素分餾。在南海的一些海域，當硝化作用較強時，海水中硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值會升高。在南海北部的某些富營養化海域，由于銨鹽含量較高，硝化細菌活動活躍，使得該區域硝酸鹽的\delta^{15}N值相較于周邊海域可升高1-3‰。反硝化作用則是指反硝化細菌在缺氧條件下，將硝酸鹽還原為氮氣（N_2）、氧化亞氮（N_2O）等氣態氮的過程。在反硝化過程中，反硝化細菌優先利用輕同位素組成的硝酸鹽，導致剩余硝酸鹽的氮、氧同位素比值升高。在南海的一些河口和近岸區域，由于水體富營養化，有機物含量較高，在底層水體容易形成缺氧環境，反硝化作用較為活躍。研究發現，這些區域反硝化作用導致硝酸鹽的\delta^{15}N值明顯升高，可達到10‰以上。反硝化作用的強度還受到多種因素的影響，如溶解氧、溫度、有機碳含量等。當溶解氧含量較低、溫度適宜且有機碳含量充足時，反硝化作用會增強，對硝酸鹽氮、氧同位素組成的影響也會增大。在西北太平洋，硝化作用和反硝化作用同樣對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生重要影響。在一些海域，由于海洋環流和水團混合的作用，不同區域的硝化作用和反硝化作用強度存在差異。在黑潮與親潮交匯的區域，由于水體的物理和化學性質復雜，硝化作用和反硝化作用的環境條件也較為復雜。在該區域，硝化作用和反硝化作用的交替進行，使得硝酸鹽氮、氧同位素組成呈現出復雜的變化特征。在某些水團中，硝化作用導致硝酸鹽的\delta^{15}N值升高，而在另一些水團中，反硝化作用又使得硝酸鹽的\delta^{15}N值進一步升高，這種復雜的變化與該區域的海洋生態系統和生物地球化學循環密切相關。5.1.3浮游植物吸收浮游植物吸收硝酸鹽是海洋生物地球化學循環中的重要環節，對硝酸鹽氮、氧同位素組成有著顯著影響。浮游植物在生長過程中，通過光合作用利用光能將二氧化碳和水轉化為有機物質，同時吸收海水中的硝酸鹽作為氮源。在吸收硝酸鹽的過程中，浮游植物優先吸收輕同位素組成的硝酸鹽，導致海水中剩余硝酸鹽的\delta^{15}N和\delta^{18}O值升高。在南海，廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室的研究表明，南海真光層內硝酸鹽同位素組成的分布主要受控于浮游植物對硝酸鹽的部分吸收和硝化作用。在真光層內，光照充足，浮游植物生長旺盛，對硝酸鹽的吸收利用較為活躍。研究發現，南海西部真光層底部硝酸鹽\delta^{15}N平均值為5.3-5.7‰，隨著浮游植物對硝酸鹽的吸收，海水中剩余硝酸鹽的\delta^{15}N值逐漸升高。不同種類的浮游植物對硝酸鹽的吸收利用能力和同位素分餾效應存在差異。硅藻和甲藻等浮游植物對硝酸鹽的吸收效率較高，且同位素分餾效應明顯。在南海的一些海域，當硅藻大量繁殖時，會大量吸收硝酸鹽，使得該區域海水中硝酸鹽的\delta^{15}N值可升高2-4‰，對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生較大影響。在西北太平洋，浮游植物對硝酸鹽的吸收同樣是影響硝酸鹽氮、氧同位素組成的重要因素。在亞熱帶西北太平洋親潮-黑潮混合區，真光層中硝酸鹽\delta^{15}N平均值為6.3‰，高于南海西部真光層底部硝酸鹽\delta^{15}N平均值。這可能與該區域的生物群落結構和生物活動強度有關。親潮-黑潮混合區的海洋環境更為復雜，受到來自不同水團的影響，浮游植物的種類和數量分布與南海存在差異，導致其對硝酸鹽的吸收利用和同位素分餾效應也有所不同。在該區域，一些適應復雜海洋環境的浮游植物，如某些特殊的甲藻和藍藻，它們對硝酸鹽的吸收和同位素分餾效應可能與其他海域的浮游植物不同，從而影響了該區域硝酸鹽氮、氧同位素的組成。5.2水體交換與環流5.2.1南海與西北太平洋水體交換南海與西北太平洋之間通過呂宋海峽緊密相連，水體交換活躍，對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生了重要影響。呂宋海峽作為連接南海和西北太平洋的關鍵通道，其獨特的地形和復雜的環流結構使得兩個海域之間的水體交換呈現出復雜的模式。研究表明，呂宋海峽存在著“三明治”式的環流結構，上層和下層為南海和西北太平洋水體的交換層，中層則為相對穩定的水層。這種環流結構導致了西北太平洋和南海中、深層水的硝酸鹽特征存在明顯差異。在水體交換過程中，不同水團的硝酸鹽氮、氧同位素組成發生混合和變化。西北太平洋的北太平洋中層水（NPIW）具有較高的硝酸鹽氮同位素值，其硝酸鹽氮同位素高值信號主要來自于東太平洋的反硝化區。當NPIW通過呂宋海峽進入南海時，與南海中層水發生混合。由于南海中層水的硝酸鹽氮同位素值相對較低，在混合過程中，NPIW的高值信號逐漸減弱。研究發現，NPIW中含有的硝酸鹽氮同位素高值信號在進入南海后逐漸衰弱，厚度由800m減小為200m，表明南海深層水和表層水在南海南部對南海中層水體的混合，使得北太平洋中層水中存在的硝酸鹽氮同位素高值信號被逐漸掩蓋。這種混合過程不僅改變了南海中層水的硝酸鹽氮同位素組成，也影響了整個南海海域的硝酸鹽分布和循環。南海與西北太平洋水體交換還受到季風等因素的影響。在夏季，西南季風盛行，使得南海北部的海水向東北方向流動，加強了南海與西北太平洋之間的水體交換。此時，更多的西北太平洋水體進入南海，帶來了不同同位素組成的硝酸鹽，進一步影響了南海海域的硝酸鹽氮、氧同位素分布。在冬季，東北季風的作用則使得南海與西北太平洋之間的水體交換相對減弱。季風的季節性變化導致南海與西北太平洋水體交換的強度和方向發生改變，從而對硝酸鹽氮、氧同位素組成產生不同程度的影響。水體交換還會影響海洋中的生物地球化學過程，間接影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。水體交換帶來的營養物質和生物群落的變化，會改變浮游植物對硝酸鹽的吸收利用以及硝化、反硝化等生物地球化學過程的強度，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素的分餾和分布。5.2.2海盆尺度環流海盆尺度環流對南海及西北太平洋硝酸鹽分布和同位素組成有著重要影響，其作用機制復雜，涉及多個海洋學過程。在西北太平洋，海盆尺度環流主要包括北赤道流、黑潮、親潮等。北赤道流自東向西流動，在菲律賓沿岸大約12°N的表層分叉為北向的黑潮和南向的棉蘭老流。這些環流攜帶的海水具有不同的溫度、鹽度和營養物質含量，對硝酸鹽的分布和同位素組成產生重要影響。黑潮作為一支強大的暖流，攜帶大量溫暖、高鹽且富含營養物質的海水向北流動。黑潮中的硝酸鹽含量相對較高，其同位素組成受到多種因素的影響，包括生物地球化學過程和水體混合等。在黑潮的流動過程中，與周邊水體發生混合，使得硝酸鹽的分布和同位素組成發生變化。在黑潮與親潮交匯的區域，由于兩種水團的性質差異較大，混合過程中會導致硝酸鹽的濃度和同位素組成發生顯著變化。親潮攜帶的低溫、低鹽海水與黑潮的高溫、高鹽海水混合，改變了該區域的海洋環境，進而影響了硝酸鹽的生物地球化學循環和同位素組成。在南海，海盆尺度環流主要包括南海暖流、南海沿岸流和季風漂流等。南海暖流從南海南部向北流動，對南海的熱量和物質輸送起到重要作用。南海暖流攜帶的海水中硝酸鹽含量和同位素組成與南海其他區域存在差異，在其流動過程中，與周邊水體混合，影響了南海海域的硝酸鹽分布和同位素組成。南海沿岸流沿著南海周邊海岸流動，受到地形和季風的影響較大。在冬季，受東北季風影響，南海沿岸流自北向南流動；而在夏季，受西南季風影響，南海沿岸流則自南向北流動。這種季節性的變化導致南海沿岸區域的硝酸鹽分布和同位素組成發生改變。在南海沿岸流與南海暖流交匯的區域，由于兩種水流的性質不同，混合過程中會導致硝酸鹽的濃度和同位素組成發生變化。海盆尺度環流還會影響海洋中的生物地球化學過程，進而影響硝酸鹽氮、氧同位素的組成。環流的運動導致不同水團之間的混合和交換，使得營養物質的分布發生改變，從而影響浮游植物的生長和代謝。浮游植物對硝酸鹽的吸收利用過程中存在同位素分餾效應，其生長狀況的改變會導致硝酸鹽氮、氧同位素組成的變化。環流還會影響硝化作用和反硝化作用等生物地球化學過程的強度和分布。在環流較強的區域，水體的混合和交換較為頻繁，會改變硝化細菌和反硝化細菌的生存環境，進而影響這些微生物的活動，對硝酸鹽氮、氧同位素的分餾和分布產生影響。5.3外源輸入5.3.1大氣沉降大氣沉降是南海及西北太平洋硝酸鹽氮、氧同位素組成的重要影響因素之一。大氣中的氮化合物，如硝酸鹽、銨鹽等，通過降水、干沉降等方式進入海洋，為海洋提供了外源氮輸入。這些氮化合物的同位素組成與陸地污染源、大氣傳輸過程以及大氣化學過程密切相關，從而對海洋中硝酸鹽氮、氧同位素組成產生影響。在南海，大氣沉降輸入的硝酸鹽具有較輕的氮同位素組成。研究表明，南海大氣氮沉降是次表層硝酸鹽\delta^{15}N極小值的重要貢獻端元，基于同位素平衡模型，粗略估算南海大氣氮沉降的速率為57μmolN?m-2?d-1。南海周邊地區的工業活動、交通運輸以及生物質燃燒等排放的氮氧化物，在大氣中經過復雜的化學反應轉化為硝酸鹽，這些硝酸鹽在大氣傳輸過程中，受到氣象