副热带环流区中的广大的寡营养海区,由于上层海洋温盐跃层的阻隔,次表层的硝酸盐很难通过常规的扩散作用突破密度跃层进入到表层海洋,而真光层内的活性氮又迅速被生物活动所吸收,因此表层活性氮浓度基本接近于零,整个系统为典型的氮限制。海洋中的固氮生物(主要是固氮蓝藻),可以直接在真光层内将N2转化为生物可利用的氮,在低纬度寡营养海区支撑了约一半的新生产力。同时,在千年尺度上与反硝化一起决定了海洋活性氮储库的大小,从而调控了大气中CO2的浓度。本研究使用无污染预饱和水15N2和13C加标培养法,同时添加测量现场固氮速率及初级生产力,并结合分子生物学手段了解固氮生物群落结构,分析与现场理化参数的相关性。在热带西太平洋和南海共选取了三个表层水束毛藻主导站位,测量了固氮对光的响应(包括颗粒态和滤液部分)。在其中一个束毛藻藻华站位,同时测量了固碳速率。结果显示,固氮固氮速率的光曲线拟合所得的Ik值(光饱和系数)范围为193-315μEm-2 s-1,且都在光强约400 μE m-2 s-1趋近饱和。固氮向溶解态释放所占的比例范围为6%-50%,且呈随光照强度降低而增加的趋势。束毛藻藻华站位,固碳比固氮的比例在低于碳的光补偿点200μE m-2 s-4时开始随光强的降低而降低。这些现象表明,在光限制条件下,束毛藻生理上会分配更多能量给固碳作用,以应对呼吸作用碳的快速消耗。短时间内(<24h)光强度的变化可以调控束毛藻的生理状态,继而决定了 C,N代谢以及固氮向溶解态释放的比例。在暖季,测量了暖季南海北部固氮,初级生产力及固氮蓝藻群落结构分布特征。通过等密度面混合模型计算每个层位海水中黑潮水份额(Rk),用每个站位表层100 m以浅所有层位Rk值的平均值评估黑潮水入侵的程度(KI)。所有KI值大于0.5的站位(受黑潮水影响站位),水柱积分的固氮速率和初级生产力分别为463 ± 260μmol N m-2 d-1和62 ± 19 mmol C m-2 d-1,明显高于其他低KI值站位的 50± 10 μmolNm-2 d-1 and28 ± 10 mmol C m-2 d-1。nifH基因的 q-PCR结果表明,束毛藻在受黑潮水影响站位主导了固氮蓝藻的群落。虽然即便在高固氮速率的受黑潮水影响区域,水柱积分固氮直接对水柱积分初级生产力的直接贡献仅有<10%,但两者之间存在显著的正相关关系。西边界流黑潮对南海季节性的入侵不仅影响了温盐,营养盐结构,同时也决定了固氮蓝藻群落结构,固氮速率初级生产力。本研究结果表明黑潮水可以有效的将束毛藻主导的高固氮信号传播至更广大的范围并长时间持续(至少一个月),为物理水团和生物地球化学循环过程之间的联系提供了线索。同时水柱积分固氮与水柱积分初级生产之间显著的正相关关系则暗示固氮的强弱可能调控了初级生产力的大小。赤道马里亚纳海沟航次发现,北赤道流可能影响了西边界流黑潮上游的固氮蓝藻群落分布,使UCYN-B nifH基因丰度占主导。同时通过Pearson相关性分析发现,整个航次采样站位的固氮速率由束毛藻丰度所决定。束毛藻nifH基因丰度与Het-1 niH基因丰度高度正相关,UCYN-B nH基因丰度与Gamma-AnifH基因丰度高度正相关,表明其生态位近似。水柱积分固氮速率藻华站位可达到6864 μmolN m2 d-1,非藻华站位范围为 18.9 μmolNm2 d-1-140μmolN m2 d-1,平均值为79.3 ± 37.3 μmol N m2 d-1,平均可贡献初级生产力的～1.7%。