海山是深海大洋中的独特地貌，孕育着独特的生态系统。作为海洋生态系统的物质基础，生源要素的研究对揭示海山区生源要素的独特性，阐明“海山效应”的机制，明晰海山区生态系统的物质循环和能量流动的关键过程意义重大。本研究基于对西太平洋海域137.62-153.42°E，8.76-17.78°N内的Y3、M2、M4、Magellan和M5等5个海山区的调查（山顶深度分别为315、34、110、1195和106 m），系统阐述了海山区生源要素的分布特征，深入探讨了海山区生源要素与生态环境的耦合关系，得到了以下一系列的结果和认识：

1. Y3、M4和M5海山区真光层中生源要素含量显著增高，存在“海山效应”，而M2和Magellan海山区无“海山效应”。 “海山效应”受北赤道流（NEC）与海山地形的相互作用的影响，在Y3和M5海山A断面最为显著，由于M4海山周围存在环流，A和B断面均存在“海山效应”。

海山周围的上升流是形成“海山效应”的关键，而等温线或等盐度线的隆起是判断上升流的主要参照。5个海山区在不同的水深出现了不同程度的等温线或等盐度线的隆起，且等温线和等盐度线隆起的幅度和位置往往一致，表明了上升流的存在。

Y3、M4和M5海山北部都属于浅海山或中等深度海山，山顶附近的上升流更为显著。硝酸盐（NO₃-N）、磷酸盐（PO₄-P）和硅酸盐（SiO₃-Si）以及溶解性无机碳（DIC）对上升流的响应最为显著，各参数浓度的等值线往往出现与等温线或等盐度线基本一致的隆起，表明它们受上升流的影响强烈。Y3、M4和M5海山区山顶附近站位大多数生源要素的平均浓度往往高于远离海山的站位，进一步证实了海山周围的上升流有利于提高NO₃-N、PO₄-P、SiO₃-Si和DIC浓度。颗粒态氮磷及亚硝酸盐（NO₂-N）、溶解性有机碳（DOC）和颗粒态有机碳（POC）由于在上层水体浓度较高，受上升流影响的效果微弱，但各参数在有的海山山顶附近平均浓度较高，仍存在一定的“海山效应”。

在Y3和M5海山区，各站位200 m水柱中颗粒态氮磷的平均浓度在A断面中出现从山顶向东西两侧逐渐降低的“海山效应”，而Y3海山区的B断面及M5海山区的B和C断面则未出现该现象。5个海山区所在区域的0-200 m的上层水体主要受自东向西的NEC的影响，故在东西方向的A断面更易引起上升流，进而使颗粒态氮磷等参数出现显著的隆起。M4海山区中A和B断面中都出现了山顶附近颗粒态氮磷的平均浓度较高的“海山效应”，即在M4海山周围不仅存在上升流，还存在显著的环流，造成了无机态氮磷硅以O站位为中心向四周“辐射降低”以及颗粒态氮磷A和B断面山顶浓度较高的“海山效应”的现象。

2. 五个海山区所在水域的水层可划分为表层水（SW）（除Magellan海山外）、北太平洋热带水（NPTW）、北太平洋中层水（NPIW）和底层水（DW）等4类，水层中的生物地球化学过程及高盐区和温跃层、大洋低氧带和叶绿素最大值层（DCML）等典型环境特征对生源要素的形态、分布和循环具有重要的影响。

SW中，光照强烈，海水温度高，异养细菌大量繁殖。强烈的光照和高温是浮游植物分布在下沉分布位于次表层的主要原因，进而对NO₂-N和DOC等生源分布产生影响。高温也降低了SW中CO₂的溶解度，使DIC的浓度较低。位于SW下方的高盐区与温跃层的重合区域，限制了底部生源要素的向上运输，是造成SW中NO₃-N、PO₄-P和SiO₃-Si处于极低水平的重要原因。而异养细菌的大量繁殖可能导致了DIN: PO₄-P远低于16:1，SiO₃-Si:溶解无机态氮（DIN）远高于1:1，加剧了海水中的氮缺乏。

NPTW中，浮游植物的光合作用和微生物的分解作用占主导作用。5个海山区的NPTW中分布着DCML，是浮游植物活动最为剧烈的区域，造成了与之密切的NO₂-N和DOC大量增加。该区域有机物大量生成，使颗粒态有机氮（PON）/总颗粒态氮（TPN）和颗粒态有机磷（POP）/总颗粒态磷（TPP）显著提高，同时浮游植物的代谢可能造成了DIN: PO₄-P和SiO₃-Si: DIN转变成磷和硅限制。微生物分解有机物消耗O₂，导致 溶解氧（DO）相较于SW分别下降了1.32、0.55、0.10、1.54和0.55 mg/L，表观耗氧量（AOU）也显著增加。 DIC受到了浮游植物光合作用和微生物分解作用的共同影响。浮游植物光合作用造成DIC的降低。然而DIC浓度总体随水深的增加不断增加，说明有机物分解对DIC的补充速率远高于DIC的消耗速率。

NPIW中，微生物的分解作用占主导作用。该区域与大洋低氧带的范围基本重合，微生物分解有机物大量消耗DO，导致生源要素从有机态向无机态的迅速转化，颗粒物中的PON/TPN和POP/TPP逐渐降低。同时，DO的急剧降低对氮循环意义重大，有利于反硝化作用充分进行，作该过程中间产物的NO₂-N迅速降低，NO₃-N加速转化为N₂溢出，使得DIN: PO₄-P降低，而SiO₃-Si: DIN升高。

DW中，微生物的分解作用趋于结束，生源要素受大洋热盐环流的影响大。大洋热盐环流携带富含DO的南极DW使得5个海山区DO出现明显回升，而AOU则显著降低。同时，由于水体的交换，大洋热盐环流还对生源要素的分布产生深远的影响。特别地，颗粒态氮磷和POC浓度略有升高，一方面可能受沉积物再悬浮作用的影响，另一方面也可能受到大洋热盐环流水体交换的影响。同时，微生物的分解作用趋于结束使PON/TPN、POP/TPP、 DIN: PO₄-P和SiO₃-Si: DIN保持稳定。而NO₂-N作为反硝化作用的中间环节，也因该区域减弱的反硝化作用而浓度较低并保持稳定。DW中，较低的水温和较大的压强使得CaCO₃加速溶解，使得该区域的DIC持续增高。

3. 发现M4海山区有典型的泰勒柱现象，该海山区等温线和等盐度线、流速和流向数据及理论计算共同证实了泰勒柱的存在。同时，泰勒柱导致了该海山区周围营养盐、叶绿素a（Chl a）和异养细菌等值线的隆起，使200 m水深以上水柱环境参数的平均浓度在山顶附近显著高于山坡水域。

当水流流经海山时，形成的水文动力过程十分复杂，而泰勒柱是其中最重要的水文特征之一。基于等温线和等盐度线隆起的上升流，基于水流数据的反气旋环流以及基于海山周围环境条件的理论计算的结果表明，在调查期间，M4海山周围确实存在泰勒柱。 温度和盐度断面图中海山周围等温线和等盐度线的隆起表明上升流的存在。同时，流速和流向断面图显示200-300 m的水层中海山东西方向和南北方向的水流方向大致相反，而水流的简要平面图进一步直观地反映了该区域反气旋环流的存在。此外，理论计算结果表明，阻塞参数和罗斯贝数分别为4.922和0.195，表明环境条件足以支持M4海山泰勒柱的形成。

生物物理耦合在海山周围很常见，M4海山泰勒柱的生态环境效应十分显著。营养盐、Chl a和异养细菌的等值线在A断面山顶西侧和B断面山顶上方显示出与等温线和等盐度线大致一致的隆起，表明上升流影响了这些参数的分布。同时，200 m以上水柱中营养盐、Chl a和异养细菌的平均值在海山周围的站位较高，表明泰勒柱提高了海山周围的生产力，可用“经典理论”来解释。 此外，受泰勒柱影响显著的A6站位与其他5个站的营养盐浓度、Chl a浓度和异养细菌丰度之比往往大于1.0，进一步表明了泰勒柱的作用。此外，基于各站位Chl a浓度比1.0的粗略估算，M4海山泰勒柱的范围是以O站位（140.13°E，10.48°N）为中心，半径为6.1 km。