In de buurt van de top van de wereld, planten groeien op grond die op permafrost rust, of permanent bevroren grond. Net als planten in warmere streken, deze hebben stikstof nodig om te groeien. De unieke aspecten van de permafrostomgeving creëren nieuwe uitdagingen voor het weergeven van plant-stikstofinteracties. Wetenschappers hebben gemeten hoe de stikstofbeschikbaarheid voor planten ruimtelijk en tijdelijk varieert in de Arctische toendra. Ze ontdekten dat bodemvocht een grote rol speelt. In drogere gebieden, stikstof is aanwezig, maar in de verkeerde vorm voor de planten om te gebruiken. Ontdooien van permafrost verhoogt het bodemvocht laat in het groeiseizoen, maar de nieuw beschikbare stikstof nabij de permafrostgrens is niet beschikbaar voor wortels.

Arctische modellen mogen er niet van uitgaan dat toenemende dooidiepte bij opwarming van het noordpoolgebied extra stikstof zal afgeven ten voordele van planten. Een verhoogde productie van anorganische stikstof die niet gekoppeld is aan de opname door planten kan leiden tot stikstofverliezen uit het systeem en het ecosysteem aantasten.

In het Noordpoolgebied, de beschikbare hoeveelheid stikstof heeft een sterke invloed op de plantproductiviteit en -verdeling. In permafrostsystemen met patroongrond, de beschikbare hoeveelheid stikstof en andere nutriënten kan over korte afstanden sterk variëren. Onderzoekers moeten de fijnschalige ruimtelijke en temporele variatie in de beschikbaarheid van bodemstikstof beter begrijpen om de reacties van de toendra op een opwarmend klimaat nauwkeuriger te kunnen voorspellen. Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory hebben de voor planten beschikbare anorganische stikstof gemeten op meerdere bodemdiepten in 12 microhabitats. Deze habitats werden geassocieerd met een gradiënt van ijswigpolygonen met een laag centrum naar polygonen met een hoog centrum in de kusttoendra. Het team nam deze metingen bij de Barrow Environmental Observatory in Utqiaġvik (voorheen Barrow), Alaska. Ze maten de vegetatiesamenstelling, biomassa, stikstofgehalte, en bewortelingsdiepteverdeling. In aanvulling, ze maten de bodemtemperatuur, vochtigheid, pH, en dooidiepte. De metingen stellen hen in staat relaties te bepalen tussen de ruimtelijke en temporele variabiliteit in stikstofbeschikbaarheid en milieu- en vegetatiefactoren. Bodemvocht was de belangrijkste determinant van de stikstofbeschikbaarheid. Drogere habitats hadden meer van hun stikstof in de vorm van nitraat, niet ammonium. De planten, echter, kon deze vorm van stikstof niet gebruiken. Hoewel er meer stikstof beschikbaar komt naarmate de bodem in de zomer ontdooit, de nieuw beschikbare stikstof, gelegen nabij de permafrostgrens, is niet beschikbaar voor de planten. De stikstof geeft dus geen boost laat in het groeiseizoen. Bodemvocht, beschikbaarheid van anorganische stikstof, en het stikstofgehalte van planten zijn sterk gerelateerd. Dus, het afbakenen van bodemvochtniveaus en andere veranderingen in verband met ontdooiende permafrost is van vitaal belang om te bepalen hoe de nutriëntenkringloop in toendralandschappen zal reageren op een opwarmend klimaat.