氮是地球生物必需的營養元素之一。自進入人類世以來，地表氮污染加劇并影響生態系統結構和功能。環境中有多少氮可供植物利用？植物真正利用了多少氮？哪些形態氮素以及植物氮素利用機制如何隨環境變化而變化？這些一直是環境地球科學和生態學共同關心的科學問題。

在國家自然科學重點項目和優秀青年基金項目等資助下，天津大學表層地球系統科學研究院劉學炎教授與日本京都大學和美國海洋生物實驗室等研究者合作，開展了極地苔原、溫帶森林、熱帶亞熱帶森林植物硝酸根來源和利用機制的原位研究。該研究采用新穎的硝酸根氮、氧同位素地球化學方法原理，結合土壤氮狀態、植物氮吸收和酶還原等指標，揭示土壤硝酸根是極地苔原植物的重要氮源。這更新了極地苔原植物氮有效性評價的認識，對更準確理解極地生態系統氮、碳動態及其隨環境如何變化具有重要意義。該研究還進一步量化了低緯度地區植物對大氣硝態氮的直接吸收，強調應用穩定同位素研究大氣氮污染如何影響土壤氮富集和植物氮素獲取和代謝的前景與挑戰。

研究成果以“Nitrate is an important nitrogen source for arctic tundra plants”為題，于2018年3月15日在《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ，PNAS)上在線發表

大氣沉降-植物-土壤系統硝酸根Δ17O-δ18O分布關系