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Le diagramme du cycle de l'azote
Les principaux processus du cycle de l'azote comprennent la fixation de l'azote, l'ammonification, la nitrification et la dénitrification.
Différents organismes peuvent accéder à différentes formes d'azote.
Fig. 1 : Le cycle de l'azote.
Les étapes du cycle de l'azote
Le cycle de l'azote se décompose en plusieurs étapes clés :
Fixation de l'azote
la nitrification
Assimilation
Ammonification
Dénitrification
Oxydation anaérobie de l'ammoniac
Fixation de l'azote
Lafixation de l'azote fait référence à la conversion de l'azote gazeux (N2) en composés contenant de l'azote. Ce processus se produit naturellement par la foudre, artificiellement par le procédé Haber-Bosch ou par des micro-organismes spécialisés dans la fixation de l'azote.
Fixation de l'azote par la foudre
Dans l'atmosphère, deux atomes d'azote de la molécule d'azote sont maintenus ensemble par une forte liaison covalente triple, c'est-à-dire que les atomes partagent trois paires d'électrons. Les éclairs transportent suffisamment d'énergie pour briser les liaisons covalentes de l'azote atmosphérique. Lorsque la molécule d'azote se sépare, elle se lie à l'oxygène atmosphérique, formant ainsi des oxydes d'azote (NOx).
Le "x" dans NOx fait référence au nombre d'atomes.
Fixation de l'azote par le procédé Haber-Bosch
Les activités humaines sont devenues une source importante de fixation de l'azote. La combustion de combustibles fossiles produit de l'azote fixé, tandis que la fixation industrielle de l'azote est un sous-produit du procédé Haber-Bosch pour produire de l'ammoniac. Au cours de ce processus, l'azote gazeux se combine à l'hydrogène gazeux dans un environnement à haute température et à haute pression. L'ammoniac produit est largement utilisé dans lesengrais synthétiques .
Fixation de l'azote par les micro-organismes
Lesbactéries libres qui fixent l'azote peuvent transformer l'azote atmosphérique en formes d'azote inorganique accessibles aux plantes. Les plantes utilisent l'azote inorganique pour fabriquer des acides aminés.
Lesbactéries mutualistes fixatrices d'azote, telles que Rhizobium, vivent dans les nœuds des plantes (par exemple, les pois et les haricots) et acquièrent des hydrates de carbone de la plante. À leur tour, elles fournissent des acides aminés à la plante. La relation entre ces types de bactéries et les plantes est symbiotique ou mutualiste.
On parle de relationssymbiotiques ou mutualistes lorsque deux organismes vivent à proximité l'un de l'autre et qu'ils s'apportent mutuellement des avantages, comme c'est le cas des bactéries fixatrices d'azote et de la plante qui leur est associée.
Nitrification
Lanitrification est un processus de réaction d'oxydation en deux étapes qui transforme les ions ammonium en ions nitrate. Le processus comprend :
L'oxydationdes ions ammonium (NH4+) en ions nitrite (NO2-) par les bactéries Nitrosomonas et Nitrococcus.
Oxydationdes ions nitrate (NO2-) en ions nitrate (NO3-) par les bactéries Nitrobacter.
L'oxydation implique la perte d'électrons ou le gain d'oxygène.
Lesbactéries nitrifiantes gagnent de l'énergie grâce à ces réactions d'oxydation. Ces deux réactions nécessitent de l'oxygène pour se produire ; par conséquent, pour augmenter la productivité de l'agriculture, le sol doit être bien aéré.
Assimilation
L'assimilation se produit lorsque les plantes et les animaux utilisent les ions nitrate et l'ammoniac pour fabriquer des acides aminés et des protéines. Les ions nitrate et l'ammoniac sont formés par la fixation de l'azote et la nitrification, comme nous venons de le lire.
Lesacides am inés sont les molécules qui composent les protéines.
Ammonification
L'ammonification implique la conversion de l'azote organique (azote présent dans les cellules des organismes vivants) en ammoniac. Les organismes saprobiotiques (décomposeurs) sont les acteurs clés de ce processus car ils se nourrissent de matière organique, la décomposent et libèrent de l'ammoniac. Cet ammoniac devient alors disponible pour les processus de nitrification et d'assimilation car il peut être converti en ions ammonium.
Dénitrification
Ladénitrification fait référence à la réduction des ions nitrate en azote gazeux par les bactéries anaérobies. Ce processus ne peut se produire que dans des conditions anaérobies (pas ou très peu d'oxygène disponible).
Par exemple, dans les zones humides, le sol a tendance à être gorgé d'eau, ce qui crée un environnement parfait pour les bactéries anaérobies, car il y a peu d'oxygène dans le sol.
Laréduction implique l'élimination de l'oxygène ou le gain d'électrons.
Laréduction dissimilatoire du nitrate en ammonium(DNRA) est une autre étape du cycle de l'azote. Ce processus implique la production d'ions ammonium (NH4+), catalysée par les enzymes des bactéries anaérobies.
La formule de la DNRA est la suivante :
Oxydation anaérobie de l'ammoniac
Au cours de ce processus, les ions ammonium (NH4+) et les nitrites (NO-2) sont transformés en azote atmosphérique (réaction anammox). Cette étape est un processus important dans les océans et doit se dérouler dans des conditions anaérobies (absence d'oxygène).
La formule pour cela est la suivante :
Pourquoi le cycle de l'azote est-il important pour les plantes et les animaux ?
L'azote est l'un des principaux éléments utilisés pour construire une vie. Il entre dans la composition de nombreuses cellules et est un élément constitutif des acides aminés, des protéines et des acides nucléiques. Chez les plantes, l'azote est également utilisé pour fabriquer la chlorophylle, un pigment essentiel qui permet de piéger la lumière pour la photosynthèse.
Lesacides nucléiques comprennent l'ADN et l'ARN. Ils sont impliqués dans le stockage et le transfert du matériel génétique.
Quel est l'impact de l'homme sur le cycle de l'azote ?
Laperturbation du cycle de l'azote entraînera des déséquilibres dans les écosystèmes.
Par exemple, un sol contenant un excès d'azote risque d'avoir un pH faible, c'est-à-dire que le sol sera trop acide. Un sol au pH faible est néfaste pour les bactéries et les micro-organismes qui ne peuvent pas survivre dans ces conditions.
Dans les océans et les rivières, l'accumulation des ruissellements d'azote entraînera une eutrophisation . Eutrophisation est le processus par lequel les niveaux de nutriments deviennent excessifs dans les masses d'eau.
Tu peux en savoir plus à ce sujet dans notre article Les engrais.
La combustion des combustibles fossiles
La combustion de combustibles fossiles libère des oxydes d'azote et des oxydes nitriques dans l'atmosphère. Ces actions affectent la qualité de l'air, entraînant la production de pluies acides et de smog.
Utilisation d'engrais contenant de l'azote
Les engrais augmentent la croissance des plantes et la productivité globale des cultures . Cependant, l'utilisation excessive d'engrais contenant de l'azote crée un déséquilibre néfaste des niveaux de nutriments du sol. Ces effets néfastes peuvent entraîner :
Une réduction de la diversité des espèces. Les sols riches en azote favoriseront la croissance des herbes et d'autres végétaux à croissance rapide. La végétation à croissance rapide supplantera les autres espèces et réduira la biodiversité.
Le lessivage. Les nutriments se retrouveront dans les ruisseaux, les rivières et les océans.
Eutrophisation. Il s'agit d'une conséquence du lessivage de , car l'accumulation excessive de nutriments nuit aux micro-organismes et à la faune dans les plans d'eau.
Enlèvement de la végétation
Lelessivage est l'élimination des nutriments du sol.
Par exemple, si tu enlèves les plantes et les arbres, tu enlèveras les nutriments avec eux.
En outre, lesnutriments solubles restants, tels que les ions nitrate, se dissoudront dans l'eau de pluie. Ces nutriments dissous seront transportés plus profondément dans le sol et finalement, les nutriments voyageront trop profondément dans le sol pour que la plante puisse les atteindre.
Réduire l'impact humain
Pour réduire les effets néfastes de l'activité humaine sur le cycle de l'azote, les individus et les entreprises doivent être attentifs à leur empreinte azotée. Des changements tels que le choix de sources renouvelables peuvent conduire à la réduction progressive du nombre de combustibles fossiles brûlés. Même le fait de choisir de manger moins de viande rouge peut avoir un impact positif, car l'élevage de bétail nécessite une grande quantité d'aliments pour animaux, qui sont cultivés avec des engrais.
Lasurveillance de l'azote est une autre approche dont le secteur agricole pourrait bénéficier. Il s'agit de surveiller attentivement les niveaux de nutriments dans le sol, afin de minimiser les effets toxiques de l'accumulation d'ammoniac et, par conséquent, les effets de l'eutrophisation due à l'écoulement des nutriments.
Cycle de l'azote - Principaux enseignements
Le cycle de l'azote est un cycle nutritif qui convertit l'azote en de multiples formes de composés organiques et inorganiques. Le cycle de l'azote se déroule dans l'atmosphère et dans les environnements terrestres et aquatiques.
Les principales étapes du cycle de l'azote comprennent la fixation de l'azote, la nitrification, la dénitrification, l'assimilation, l'ammonification, la DNRA et l'oxydation anaérobie de l'ammoniac.
L'azote est un composant de nombreuses cellules et processus des organismes vivants. L'azote est un élément constitutif des acides aminés, des protéines et des acides nucléiques (ADN et ARN).
L'impact de l'homme perturbe le cycle de l'azote. Ces effets comprennent le lessivage, l'eutrophisation et la réduction de la diversité des espèces.
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