Stikstof, een essentiële voedingsstof voor planten, wordt het gemakkelijkst door planten opgenomen in zijn ammonium- en nitraatvorm. Vanwege de zeer lage nitraatgehaltes in arctische toendrabodems, wetenschappers hadden aangenomen dat planten in dit bioom geen nitraat gebruiken. Maar een nieuwe studie, co-auteur van vier wetenschappers van het Marine Biological Laboratory (MBL) Ecosystems Center, daagt dit idee uit. De studie heeft belangrijke implicaties voor het voorspellen welke arctische plantensoorten zullen domineren als het klimaat opwarmt, evenals hoeveel koolstoftoendra-ecosystemen kunnen opslaan.

De studie, gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , ontdekte dat planten in de poltoendra in het noorden van Alaska nitraat opnamen met vergelijkbare snelheden als vegetatie in nitraatrijke ecosystemen. Nitraat droeg ongeveer een derde van de stikstof bij die de toendraplanten gebruikten. Sommige van de bestudeerde soorten, zoals Polygonum bistorta , een roze bloeiende plant, nam nitraat zelfs nog sneller op dan soorten die op lage breedtegraden worden aangetroffen, omgevingen met een hoog nitraatgehalte.

De bevindingen zijn belangrijk in de context van door de mens veroorzaakte klimaatverandering, die naar verwachting stikstof zal verhogen, en mogelijk nitraat, niveaus in de toendrabodem. Naarmate het klimaat warmer wordt, de microbiële processen die nitraat genereren, zouden kunnen versnellen. In aanvulling, permafrost - een laag grond onder het oppervlak die het hele jaar door bevroren blijft - kan ontdooien, het toevoegen van extra stikstof aan het ecosysteem. Een deel van deze stikstof kan worden omgezet in nitraat.

De poltoendra beslaat een groot deel van Noord-Alaska en bestaat momenteel uit zegges, kruidachtige bodembedekker, en houtachtige struiken (ongeveer een derde dekking voor elk). De productiviteit van het landschap wordt beperkt door de stikstofbeschikbaarheid. Als deze beperking wordt opgeheven, houtachtige struiksoorten, zoals berken en wilgen, kan dominanter worden en andere planten verduisteren naarmate het klimaat warmer wordt. De ontdekking dat nitraat een belangrijke stikstofbron is voor toendraplanten zal in toekomstige prognoses van de soortensamenstelling moeten worden meegenomen.

"Naarmate de voedingsstoffen sneller gaan circuleren en de vegetatie sneller begint te groeien, die alle vegetatie op de toendra zou moeten stimuleren. Na verloop van tijd, de houtachtige soorten moeten degenen die geen stengels hebben kunnen overtreffen, dat kan niet zo hoog staan. Dus je hebt de neiging om de zegge en de mossen en de korstmossen te verliezen, " verklaarde studie co-auteur Ed Rastetter, een senior wetenschapper bij het MBL Ecosystems Center en hoofdonderzoeker voor de Arctic Long-Term Ecological Research-site van de National Science Foundation bij Toolik Lake, Alaska, waar een deel van het onderzoek is uitgevoerd.

Omdat stikstof- en koolstofkringlopen nauw aan elkaar gekoppeld zijn, de ontdekking van het team kan ook de projecties van koolstofopslag of -afgifte uit arctische ecosystemen veranderen naarmate het klimaat warmer wordt. De permafrost van de wereld zit vol met de overblijfselen van planten en dieren die zich gedurende duizenden jaren hebben verzameld, en het bevat twee keer zoveel koolstof als momenteel in de atmosfeer.

Rastetter benadrukt dat er meer onderzoek nodig is om de bevindingen van het onderzoek te bevestigen en om het belang van nitraat ten opzichte van andere vormen van stikstof in arctische toendra-ecosystemen beter te begrijpen.