植物穩(wěn)定同位素（如δ13C, δ15N, δ34S）是記錄環(huán)境變化和解譯地表元素循環(huán)過程的重要信息。苔蘚植物因其響應生境條件和大氣污染物的敏感性而進入同位素生物示蹤研究的視線。在劉叢強院士的帶領下，中科院地球化學研究所劉學炎等在我國開展了相關研究。其目的是通過摸索苔蘚同位素生物示蹤的方法原理，深化對大氣氮、硫污染物來源和地表地球化學過程的認識，提供區(qū)域氮、硫沉降的成因、地理分布和生物效應等信息。早期研究結果已在Applied Geochemistry、Atmospheric Environment、Ecological Indicators、Environmental Pollution、Geophysical Research Letters、Journal of Geophysical Research等多次報道。

然而，苔蘚同位素生物監(jiān)測技術的可靠性和可推廣性需要更深入的生物機理研究為基礎。其中，還原態(tài)氮（RDN）對苔蘚硝態(tài)氮（NO3-N）還原酶活動（NRA）的抑制效應可能影響苔蘚總δ15N對氮沉降來源和化學組成的記錄。在氮沉降以RDN為主的地區(qū)（即RDN:NO3-N>1），利用苔蘚總δ15N區(qū)分氮源或劃分氮沉降組分可能高估RDN而低估NO3-N的貢獻。為驗證這一假設，劉學炎等首先建立了植物體內硝酸鹽（NO3-）及其穩(wěn)定同位素（δ15N、δ18O和?17O）的分析方法，并初步演示了其在土壤-維管植物NO3-生理生態(tài)過程（Liu XY, et al. in press, Biogeochemistry, DOI: 10.1007/s10533-012-9721-4）、自然苔蘚NO3-來源區(qū)分（Liu XY, et al. 2012, Environmental Pollution, 162: 48–55）、以及苔蘚NO3-吸收還原動力及15N、18O分餾效應（Liu XY, et al. 2012, Functional Plant Biology, 39: 598–608）等方面的應用。這一方法為無干擾（相對于加氮和15N標記）、直接研究植物生態(tài)系統(tǒng)原位氮循環(huán)過程和機理推開了一扇窗戶，同時也使苔蘚同位素監(jiān)測技術從總氮沉降指示具化到氮氧化合物示蹤。

隨后，研究組對我國貴陽地區(qū)苔蘚NO3-同位素進行了初步研究（Liu XY, et al., in press, Environmental Science and Technology. DOI: 10.1021/es300779h）。發(fā)現(xiàn)當RDN:NO3-N>1，苔蘚NRA被明顯抑制，苔蘚δ15N-NO3-和雨水δ15N-NO3-接近，苔蘚總δ15N對氮沉降中RDN的高估隨R增加可達21%。當RDN:NO3-N>3.8，苔蘚總δ15N并不包含NO3-N的信息，但更具有示蹤RDN的可靠性，支持了前期貴陽市區(qū)銨遷移距離的苔蘚監(jiān)測模型（Liu XY, et al. 2008, Environmental Pollution, 156: 715–722）。該研究揭示了苔蘚總δ15N示蹤氮沉降的陷阱和新機制，約束了苔蘚總N和NO3-同位素生物示蹤方法的可靠性和應用原理，提出苔蘚組織NO3-可作為以RDN為主的地區(qū)大氣硝態(tài)氮污染物的新監(jiān)測指標。

上述工作得到了*973項目、國家自然科學基金、中科院院長獎以及日本學術振興會（JSPS）博士后等相關項目的資助?！?/p>