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L'information

Cycle de l'azote


Les plantes ont besoin d'un certain nombre d'éléments autres que ceux qu'elles obtiennent directement de l'atmosphère (carbone et oxygène sous forme de dioxyde de carbone) et des eaux souterraines (hydrogène et oxygène).

Tous ces éléments, sauf un, proviennent de la désintégration des roches et sont capturés par les plantes du sol. L'exception est l'azote, qui représente 78% de l'atmosphère terrestre.

Le roches de surface de la terre Ils sont également la principale source d'azote, qui pénètre dans le sol, indirectement à travers l'atmosphère, et à travers le sol, pénètre dans les plantes qui y poussent.

La plupart des êtres vivants sont incapables d'utiliser l'azote atmosphérique pour synthétiser des protéines et d'autres substances organiques. Contrairement au carbone et à l'oxygène, l'azote est très chimiquement non réactif, et seulement certains les bactéries et algues bleues Ils ont la capacité hautement spécialisée d'assimiler l'azote de l'atmosphère et de le convertir en une forme utilisable par les cellules. La carence en azote utilisable est souvent le principal facteur limitant de la croissance des plantes.

Le processus par lequel l'azote circule à travers les plantes et le sol sous l'action des organismes vivants est connu sous le nom de cycle de l'azote.

Ammonification

Une grande partie de l'azote présent dans le sol provient de matières organiques mortes, qui existent sous la forme de composés organiques complexes tels que des protéines, des acides aminés, des acides nucléiques et des nucléotides. Cependant, ces composés azotés sont généralement rapidement décomposés en substances plus simples par les organismes vivant dans le sol.

Le bactéries saprophytes et diverses espèces fongiques sont principalement responsables de la décomposition des matières organiques mortes. Ces micro-organismes utilisent des protéines et des acides aminés comme source de leurs propres protéines et libèrent un excès d'azote sous forme de ammonium (NH4+). Ce processus est appelé l'ammonification. L'azote peut être fourni sous forme d'ammoniac gazeux (NH3), mais ce processus ne se produit généralement que lors de la décomposition de grandes quantités de matières riches en azote, comme dans une grande partie d'engrais ou d'engrais. En général, l'ammoniac produit par l'ammoniac est dissous dans l'eau du sol, où il se combine avec des protons pour former l'ion ammonium.

Nitrification

Plusieurs espèces de bactéries que l'on trouve couramment dans les sols sont capables d'oxyder l'ammoniac ou l'ammonium. L'oxydation de l'ammoniac, connue sous le nom nitrificationest un processus qui produit de l'énergie et l'énergie libérée est utilisée par ces bactéries pour réduire le dioxyde de carbone, tout comme les plantes autotrophes utilisent l'énergie lumineuse pour réduire le dioxyde de carbone. Ces organismes sont appelés agents autotrophes chimiosynthétiques (différent des autotrophes photosynthétiques tels que les plantes et les algues). Le bactéries nitrifiantes chimiosynthétique Nitrosomonas et Nitrosococcus oxyder l'ammoniac en nitrite (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 NON2- + 2 H+ + 2 H2Le

(gaz ammoniac) (nitrite)

Le nitrite est toxique pour les plantes supérieures, mais s'accumule rarement dans le sol. Nitrobacter, un autre genre de bactéries oxyde le nitrite pour former du nitrate (NO3-), toujours avec libération d'énergie:

2 NON2- + O2 ---------> 2 NON3-

(nitrite) (nitrate)

Le nitrate est la forme sous laquelle presque tout l'azote se déplace du sol vers les racines.

Peu d'espèces végétales sont capables d'utiliser des protéines animales comme source d'azote. Ces espèces, qui plantes carnivores, ont des adaptations spéciales utilisées pour attirer et capturer les petits animaux. Ils digèrent en absorbant les composés azotés et d'autres composés organiques et minéraux tels que le potassium et le phosphate. La plupart des plantes carnivores se trouvent dans les marais, qui sont généralement fortement acides et donc défavorables à la croissance des bactéries nitrifiantes.

Perte d'azote

Comme nous l'avons observé, les composés azotés des plantes chlorophyllates retournent au sol à leur mort (ou aux animaux qui s'en nourrissaient), étant retraités par les organismes du sol et les micro-organismes, absorbés par les racines sous forme de nitrate dissous dans l'eau du sol. convertis en composés organiques. Au cours de ce cycle, il y a toujours une "perte" d'une certaine quantité d'azote, ce qui la rend inutilisable pour la plante.

L'une des principales causes de cette perte d'azote est usines d'élimination des sols. Les sols cultivés présentent souvent une baisse régulière de la teneur en azote. L'azote peut également être perdu lorsque la couche arable est décapitée par l'érosion ou lorsque sa surface est détruite par le feu. L'azote est également éliminé par lessivage; les nitrates et les nitrites, qui sont des anions, sont particulièrement sensibles à la lixiviation de l'eau à travers le sol. Dans certains sols, des bactéries dénitrifiantes décomposent les nitrates et libèrent de l'azote dans l'air. Ce processus qui fournit aux bactéries l'oxygène nécessaire à la respiration est coûteux en termes de besoins énergétiques (c.-à-d.2 peut être réduit plus rapidement que NO3-) et ne se rencontre largement que dans les sols pauvres en oxygène, c'est-à-dire dans les sols mal drainés et donc mal ventilés.

Parfois, une forte proportion d'azote dans le sol n'est pas disponible pour les plantes. Cette immobilisation se produit lorsqu'il y a un excès de carbone. Lorsqu'il s'agit de substances organiques riches en carbone mais pauvres en azote, la paille en est un bon exemple, si elles sont en abondance dans le sol, les micro-organismes qui attaquent ces substances auront besoin de plus d'azote qu'elles n'en contiennent pour utiliser pleinement le carbone présent. En conséquence, ils utiliseront non seulement l'azote présent dans la paille ou un matériau similaire, mais également tous les sels d'azote disponibles dans le sol. Par conséquent, ce déséquilibre a tendance à se normaliser à mesure que le carbone est fourni sous forme de dioxyde de carbone par la respiration microbienne et que le rapport azote / carbone dans le sol augmente.

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Fixation de l'azote

Comme nous pouvons le voir, si tout l'azote qui est retiré du sol n'était pas constamment réapprovisionné, pratiquement vivifiant sur cette planète disparaîtrait enfin. L'azote est reconstitué dans le sol par fixation de l'azote. La fixation de l'azote est le processus par lequel l'azote gazeux dans l'air est incorporé dans les composés organiques azotés et ainsi introduit dans le cycle de l'azote. La fixation de ce gaz, qui peut être effectuée dans une large mesure par seulement quelques bactéries et algues bleues, est un processus dont dépendent tous les organismes vivants aujourd'hui, tout comme ils dépendent tous en fin de compte de la photosynthèse pour obtenir de l'énergie.

Une à deux cent millions de tonnes d'azote sont ajoutées à la surface de la terre chaque année par les systèmes biologiques. L'homme produit 28 millions de tonnes métriques, dont la plupart sont utilisées comme engrais; Cependant, ce procédé est réalisé avec un coût énergétique élevé en termes de combustibles fossiles. La quantité totale d'énergie requise pour la production d'engrais à base d'ammonium est actuellement estimée à 2 millions de barils de pétrole par jour. En effet, on estime que les coûts de la fertilisation azotée atteignent le point de diminuer les profits. Les cultures traditionnelles dans des régions comme l'Inde n'augmentent pas de manière significative les rendements en utilisant des engrais azotés mais ont de faibles besoins en azote, mais sont maintenant remplacées par des «céréales miracles» et d'autres cultures qui ne produisent plus avec la fertilisation azotée. - précisément à un moment où un tel traitement devient prohibitif.

Parmi les différentes classes d'organismes fixateurs d'azote, les bactéries symbiotiques sont de loin les plus importantes en termes de quantités totales d'azote fixées. La bactérie fixatrice d'azote la plus courante est Rhizobium, qui est un type de bactérie qui envahit les racines des légumineuses (angiospermes de la famille Fabaceae ou Leguminosae) comme le trèfle, les pois, les haricots, les vesces et la luzerne.

Les effets bénéfiques des légumineuses sur le sol sont si évidents qu'ils ont été reconnus il y a des centaines d'années. Theophrastus, qui vivait au IIIe siècle avant JC, a écrit que les Grecs utilisaient les cultures de haricots pour enrichir le sol. Lorsque les légumineuses poussent, une certaine quantité d'azote «supplémentaire» peut être libérée dans le sol, où elle devient disponible pour d'autres plantes. Dans l'agriculture moderne, il est courant d'alterner une culture non légumineuse comme le maïs avec une légumineuse comme la luzerne. Les légumineuses sont ensuite récoltées pour le foin, laissant les racines riches en azote, ou mieux encore, labourées dans le champ. Une bonne récolte de luzerne, qui est relocalisée au sol, peut fournir 450 kilogrammes d'azote par hectare. L'application des oligo-éléments cobalt et molybdène nécessaires aux bactéries symbiotiques augmente considérablement la production d'azote si ces éléments sont présents en quantités limitées, comme dans une grande partie de l'Australie.

Micro-organismes fixateurs d'azote vivant en liberté

Bactéries non symbiotiques des genres Azotobacter et Clostridium sont capables de fixer l'azote. Azotobacter est aérobie, alors que Clostridium est anaérobie; Les deux sont des bactéries saprophytes communes trouvées dans le sol. On estime qu'ils fournissent probablement environ 7 kilogrammes d'azote par hectare de sol par an. Un autre groupe important comprend de nombreuses bactéries photosynthétiques. Les algues bleues en liberté jouent également un rôle important dans la fixation de l'azote. Ils sont cruciaux pour la riziculture, qui est le principal régime alimentaire de plus de la moitié de la population mondiale. Les algues bleues peuvent également jouer un rôle écologique important dans la fixation de l'azote dans les océans.

La distinction entre la fixation de l'azote par les organismes libres et symbiotiques n'est peut-être pas aussi stricte qu'on le pensait traditionnellement. Certains microbes se produisent régulièrement dans le sol autour des racines de certaines plantes qui appauvrissent les glucides en consommant ces composés et en fournissant en même temps indirectement de l'azote aux plantes. Associations symbiotiques entre des bactéries normalement libres de vie telles que Azotobacteret des cellules végétales supérieures dans des cultures de tissus ont induit leur croissance dans un milieu artificiel privé d'azote.

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