Kontrol af tilgængeligheden af ​​nitrogennæringsstoffer i den arktiske tundra

Tæt på toppen af ​​verden, planter vokser på jord, der hviler oven på permafrost, eller permanent frossen jord. Ligesom planter i varmere egne, disse har brug for nitrogen for at vokse. De unikke aspekter af permafrostmiljøet skaber nye udfordringer for at repræsentere plante-nitrogen-interaktioner. Forskere målte, hvordan nitrogentilgængeligheden for planter varierer rumligt og tidsmæssigt i den arktiske tundra. De fandt ud af, at jordens fugt spiller en stor rolle. I tørre områder, nitrogen er til stede, men i den forkerte form for planterne at bruge. Optøning af permafrost øger jordfugtigheden sent i vækstsæsonen, men det nyligt tilgængelige nitrogen nær permafrostgrænsen er ikke tilgængeligt for rødder.

Arktiske modeller bør ikke antage, at stigende tødybde med opvarmning af Arktis vil frigive yderligere nitrogen til gavn for planter. Øget produktion af uorganisk kvælstof, der ikke er koblet til planternes optagelse, vil kunne føre til kvælstoftab fra systemet og forringe økosystemet.

I Arktis, mængden af ​​tilgængeligt kvælstof har stor indflydelse på planternes produktivitet og distribution. I permafrostsystemer med mønstret jord, mængden af ​​nitrogen og andre tilgængelige næringsstoffer kan variere betydeligt over korte afstande. Forskere er nødt til bedre at forstå finskala rumlig og tidsmæssig variation i jordens nitrogentilgængelighed for mere præcist at forudsige tundraens reaktioner på et opvarmende klima. Forskere fra Oak Ridge National Laboratory målte plantetilgængeligt uorganisk nitrogen i flere jorddybder i 12 mikrohabitater. Disse habitater var forbundet med en gradient fra lav-center is-kile polygoner til høj-center polygoner i kystnære tundra. Holdet tog disse målinger ved Barrow Environmental Observatory i Utqiaġvik (tidligere Barrow), Alaska. De målte vegetationssammensætning, biomasse, nitrogenindhold, og roddybdefordeling. Ud over, de målte jordens temperatur, fugtighed, pH, og tø dybde. Målingerne lader dem bestemme forholdet mellem den rumlige og tidsmæssige variation i nitrogentilgængelighed og miljø- og vegetationsdrivere. Jordfugtighed var den primære determinant for kvælstoftilgængeligheden. Tørre levesteder havde mere af deres nitrogen i form af nitrat, ikke ammonium. Planterne, imidlertid, kunne ikke bruge denne form for nitrogen. Selvom der bliver mere kvælstof tilgængeligt, når jorden tøer op om sommeren, det nyligt tilgængelige nitrogen, beliggende nær permafrostgrænsen, er ikke tilgængelig for planterne. Kvælstoffet giver således ikke noget løft sent i vækstsæsonen. Jordfugtighed, tilgængelighed af uorganisk nitrogen, og plantekvælstofindhold er stærkt relaterede. Dermed, afgrænsning af jordfugtighedsniveauer og andre ændringer relateret til optøning af permafrost er afgørende for at bestemme, hvordan næringsstofkredsløbet i tundralandskaber vil reagere på et opvarmende klima.