氮是地球生物必需的营养元素之一。自进入人类世以来，地表氮污染加剧并影响生态系统结构和功能。环境中有多少氮可供植物利用？植物真正利用了多少氮？哪些形态氮素以及植物氮素利用机制如何随环境变化而变化？这些一直是环境地球科学和生态学共同关心的科学问题。
在国家自然科学重点项目和优秀青年基金项目等资助下，天津大学表层地球系统科学研究院刘学炎教授与日本京都大学和美国海洋生物实验室等研究者合作，开展了极地苔原、温带森林、热带亚热带森林植物硝酸根来源和利用机制的原位研究。该研究采用新颖的硝酸根氮、氧同位素地球化学方法原理，结合土壤氮状态、植物氮吸收和酶还原等指标，揭示土壤硝酸根是极地苔原植物的重要氮源。这更新了极地苔原植物氮有效性评价的认识，对更准确理解极地生态系统氮、碳动态及其随环境如何变化具有重要意义。该研究还进一步量化了低纬度地区植物对大气硝态氮的直接吸收，强调应用稳定同位素研究大气氮污染如何影响土壤氮富集和植物氮素获取和代谢的前景与挑战。
研究成果以“Nitrate is an important nitrogen source for arctic tundra plants”为题，于2018年3月15日在《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ，PNAS)上在线发表
大气沉降-植物-土壤系统硝酸根Δ17O-δ18O分布关系
