湛江湾位于南海西北部,受季风、潮汐、台风、陆地径流等因素的影响,其生态系统的结构和功能具有独特的特征。目前,关于海湾的生物地球化学过程与物理过程耦合的研究甚少,而这正是当前海洋科学的热点问题。本研究通过对湛江湾海水物理过程与生物地球化学要素的观测,利用颗粒物碳氮稳定同位素和硝酸盐氮氧同位素结合台风、潮汐等物理过程对湛江湾生态系统的研究,并讨论了这些物理过程及人类活动如何影响海洋生态系统。主要研究结果如下:（1）通过对湛江湾四个站位（2个湾内站位,2个湾口站位）的连续观测发现,在垂直分布上,夏秋季四个站点S1、S2、S3和S4各层的生源要素较为接近,表明湛江湾水体垂直混合较强,整个水柱营养盐的分布均匀。在时间变化上,秋季各站点在各层营养盐浓度具有半日波动的特点,夏季各站点在各层营养盐浓度也具有半日波动的特点,但由于夏季大量降雨会影响营养盐的半日波动规律,而站位S1和站位S3的营养盐浓度在各层具有较好的半日波动特点,站位S2和站点S4营养盐浓度周日波动显著相对较小的现象,这说明在湛江湾内水体的营养盐分布特征主要受到潮汐作用的影响,水深较深的站位的营养盐受到潮汐作用的影响更为显著。本研究表明叶绿素a浓度与营养盐周日波动的控制因素:潮汐作用>光照>生物利用。（2）利用常规地球化学指标和同位素方法,结合卫星遥感数据,对比超强台风“彩虹”期间和非台风期间湛江湾的生物地球化学过程,揭示了台风“彩虹”造成了海湾生物地球化学和生态过程。结果表明,超强台风“彩虹”期间和非台风期间这两个时期海湾内外的叶绿素a（Chl a）浓度呈镜像关系:在非台风期间,湾内的Chl a高,而湾外的Chl a低;相反,在超强台风“彩虹”期间,湾内的Chl a低,而湾外的Chl a高。台风期间的表观耗氧量（AOU）和不饱和溶解氧（DO）值均为正值,表明湛江湾的有机质降解,而非以往研究报道的台风过后藻类大量繁殖。颗粒有机碳（POC）/Chl a比值与同位素组成的等地球化学指标进一步表明台风过后较强的有机质降解。这个现象是因为海湾的水深较浅,超强台风“彩虹”引发的强混合作用极大破坏了海湾的渔业资源,造成水体的恶化,从而诱发了南海北部这个半封闭海湾的分解过程,而不是藻类大量繁殖,这为台风对海洋生物地球化学和生态环境的影响提供了新的认识。（3）湛江湾是我国南方人类活动集中的半封闭海湾,为研究季风区颗粒有机物（POM）主要来源的季节性变化,对其进行了同位素含量(δ13C和δ15N)、总有机碳（TOC）含量、总氮（TN）含量和碳氮比的分析。夏季δ13C和δ15N值与叶绿素a（Chl a）浓度的相关性较低,表明POM主要以陆源为主。而冬季中湾和湾口的POC和PN与Chl a的浓度呈显著相关。此外,冬季δ13C值与Chl a浓度有显著的相关性,表明冬季浮游植物的贡献相对重要,且受季风影响。与相应的δ13C值相比,δ15N值呈现复杂的空间分布。贝叶斯混合模型分析表明,在上湾区,夏季POM主要来源于海洋有机质（49%）,冬季POM的贡献基本均衡。在中湾和湾口,冬季POM贡献主要来自海洋有机质（53%）,而夏季POM主要来源于土壤有机质（63%）,表明POM主要来源于上湾流域的径流。结果表明,在估算受季风控制的海湾的碳、氮物质平衡时,应考虑POM来源的季节变化。（4）湛江湾是华南地区人类活动密集的封闭海湾,为研究季风控制气候下主要硝酸盐（NO3-）源的季节性变化及其生物地球化学过程,对其进行了NO3-双同位素分析。湛江湾的N/P比值相对较低,说明氮（N）是一种限制性营养物质,氮的增加有利于浮游植物的增殖。但由于人类活动密集,在本研究区发现了充足的铵,可以支持生物过程。而且,发现NO3-生物过程较少,表明NO3-同位素特征可能揭示了各种来源的混合细节。贝叶斯混合模型显示,冬季的NO3-来源于上湾的粪便（43%）、土壤N（30%）、N肥（17%）和N降水（10%）,反映了当地的人类活动;而夏季的NO3-来源主要是N肥（36%）、土壤N（32%）和粪便（31%）,说明NO3-主要来源为上湾流域的径流。结果表明,硝酸盐双同位素对在铵盐充足的条件下追踪NO3-的主要来源非常有用,而径流对该季风控制的海湾在两个季节内NO3-来源在本地来源和上游流域来源之间的转移产生了重要影响。