天津市水资源与水环境重点实验室薛冬梅研究员团队联合中国农业科学院草原研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、福建农林大学和天津城建大学，在《Journal of Integrative Agriculture》发表题为“Parallel denitrification and nitrite oxidation in the unsaturated zone: isotopic constraints from nitrate δ15N and δ18O in Tianjin, China”的论文，系统揭示了非饱和带中硝酸盐还原耦合亚硝酸盐氧化过程对Δδ18O:Δδ15N轨迹的驱动机制。

反硝化作用是去除陆地生态系统硝酸盐污染的关键过程，硝酸盐的氮氧同位素轨迹（Δδ18O:Δδ15N）是识别反硝化强度的重要示踪指标。然而，传统观点认为陆地生态系统中该轨迹始终低于1，其内在调控机制尚不明确。本研究结合多过程数值模型、功能基因定量和代谢组学分析，发现非饱和带中Δδ18O:Δδ15N轨迹既可低于1也可高于1，且轨迹变异主要由硝酸盐还原过程主导：两组间硝酸盐还原的氮、氧同位素效应差异显著，而亚硝酸盐氧化的同位素效应无显著差异。进一步研究表明，分子量低、结构简单的碳源（如丙酸、乳酸）可高效提供电子，上调narG、napA和nxrA基因表达，增强硝酸盐还原活性，使轨迹低于1；反之，复杂碳源导致电子供应不足，功能基因下调，轨迹高于1。该成果为通过碳源精准调控强化地下水硝酸盐生物修复提供了理论依据，Δδ18O:Δδ15N轨迹可作为评估反硝化效能的有效示踪工具。