Le cycle de l’azote

L’air est composé d’azote (78 %) et d’oxygène (21 %) ainsi que de petites quantités d’autres gaz comme l’argon et le dioxyde de carbone. Il n’est donc pas surprenant que l’azote soit important pour tous les organismes, car il les aide à vivre et à pousser.

Le cycle de l’azote (figure 1) décrit la façon dont l’azote circule dans les plantes et les animaux, l’eau, le sol et l’atmosphère.

L’azote peut être introduit dans le sol par des processus naturels comme les précipitations et la foudre (1), ainsi que par des moyens humains comme les engrais (2). Les plantes et les animaux ne peuvent pas utiliser directement l’azote atmosphérique (N₂), car ce gaz ne réagit pas facilement avec les autres molécules biologiques. Pour cette raison, les plantes et les animaux doivent obtenir leur azote à partir de composés azotés plus réactifs.

Dans le sol, les bactéries spécialisées appelées bactéries fixatrices d’azote (3) peuvent transformer (ou fixer) l’azote atmosphérique en composés azotés chimiquement réactifs comme l’ammoniac (NH₃) et l’ammonium (NH₄⁺). D’autres bactéries, appelées bactéries nitrifiantes (4), peuvent transformer l’ammonium dans le sol en nitrite (NO₂^-) et ensuite en nitrate (NO₃^-).

Les nitrates peuvent être absorbés et utilisés par les plantes (5) pour fabriquer des protéines. À mesure que les animaux mangent des plantes, ils absorbent les protéines végétales (6). Lorsque les animaux produisent des excréments (crottes) (7) ou lorsque les plantes et les animaux meurent (8), cette matière est décomposée par des décomposeurs (9) et l’ammoniac est réintroduit dans le sol. Les bactéries dénitrifiantes (10) transforment les nitrates en nitrogène non réactif qui peut être réintroduit dans l’atmosphère — et le cycle recommence.

Fixation de l’azote dans les plantes

Certaines plantes ont également la capacité de fixer l’azote afin de l’absorber et de l’utiliser directement. Ces types de plantes sont appelés fixateurs d’azote. Ce sont généralement des plantes de la famille des légumineuses comme les pois, les haricots et le trèfle. Les racines de ces plantes contiennent des boules ou nodules (figure 2) où se trouvent les bactéries fixant l’azote appelés rhizobiums et où l’azote est stocké.

Les nodules contenant l’azote stocké sont très bénéfiques pour les plantes de jardin et les cultures agricoles. Bien que la plante fixant l’azote ne libère pas d’azote supplémentaire dans le sol pendant sa vie, l’azote stocké dans les nodules est libéré dans le sol après sa mort et lors de sa décomposition et devient un engrais pour les plantes suivantes dans le jardin ou pour la nouvelle culture.

Les agriculteurs plantent intentionnellement des plantes de grande culture en alternance avec des cultures fixant de l’azote pour combler les besoins en azote des plantes suivantes. Dans le sud-ouest de l’Ontario, par exemple, le maïs est couramment cultivé et nécessite une grande quantité d’azote pour avoir une croissance adéquate. L’utilisation d’une quantité excessive d’azote dans l’engrais ajouté peut polluer les sources d’eaux environnantes et entraîner la dégradation du sol. Afin de fournir au maïs la grande quantité d’azote dont il a besoin pour pousser, les agriculteurs font une rotation de culture en plantant des légumineuses comme le soja une année, puis en replantant du maïs l’année suivante.

Le cycle du phosphore

Le phosphore est un élément essentiel à toute vie. La façon dont le phosphore circule dans les plantes et les animaux, l’eau et le sol est appelée cycle du phosphore (figure 3). Le cycle du phosphore est un processus très lent.

Le phosphore est principalement stocké sous forme d’ions phosphate (PO^3-₄) dans l’eau, le sol, les roches et les sédiments. La plupart des sols contiennent de très faibles quantités de phosphate. Le phosphore est présent à la fois dans des composés inorganiques et des composés organiques.

Les ions phosphate inorganiques sont rejetés dans le sol et l’eau en raison de la météorisation (1) et de l’érosion (2). Le phosphore inorganique n’est pas très soluble dans l’eau. C’est pourquoi les plantes qui absorbent le phosphate inorganique du sol (3), mais comme le phosphore inorganique n’est pas très soluble dans l’eau, seule une petite quantité de phosphore total est accessible pour les plantes. Lorsque les plantes sont consommées par des animaux (4), le phosphate peut être utilisé pour fabriquer des molécules organiques comme l’ADN, ainsi que des protéines. Lorsqu’une plante ou un animal meurt (5) ou lorsqu’un animal produit des excréments (6), le phosphate organique est renvoyé dans le sol. La minéralisation se produit lorsque les bactéries décomposent la matière organique et la transforment en phosphore inorganique. Le procédé inverse est appelé immobilisation.

L’ajout d’engrais et la décomposition des plantes et des animaux peuvent augmenter la quantité de phosphore totale dans le sol. L’élimination du phosphore du sol est principalement causée par l’absorption de la plante (3), mais peut également se produire par lessivage du sol (7). L’excès de phosphore dans les plans d’eau qui résulte du lessivage du sol peut entraîner une croissance excessive des plantes, favorisant l’eutrophisation (8).

Fertilisation des tomates

L’azote et le phosphore sont importants pour la croissance de toutes les plantes, y compris les tomates. Lors de l’ajout d’engrais pour aider le plant de tomate à pousser, il faut s’assurer de ne pas ajouter trop d’azote, car même si cela aide à la croissance des feuilles, cet élément peut inhiber le développement des fleurs nécessaires à la formation des fruits. Le phosphore, quant à lui, aide à la floraison et par conséquent, il est important d’en ajouter aux tomates pour aider au développement des fruits.

Glossaire

ADN (acide désoxyribonucléique)

Molécule qui porte des informations génétiques des êtres vivants.

Ammoniac

Composé d’azote et d’hydrogène (NH₃).

Azote atmosphérique

Azote dans l’atmosphère, qui se présente sous forme d’azote gazeux de formule moléculaire N₂. En raison du solide triple lien entre les deux molécules d’azote, il ne réagit pas facilement à d’autres substances chimiques.

Composé inorganique

Composé non organique qui ne contient pas d’atomes de carbone.

Composé organique

Composé contenant des atomes de carbone.

Décomposeur

Organisme, comme les bactéries, qui décompose les plantes mortes et les animaux.

Dénitrification

Processus par lequel les nitrates sont transformés en azote atmosphérique.

Érosion

Processus par lequel le vent ou l’eau déplacent la roche, le sol ou d’autres matériaux dissous d’un endroit à un autre.

Eutrophisation

Excès d’éléments nutritifs comme l’azote et le phosphore dans les plans d’eau. L’eutrophisation peut provoquer une croissance rapide des plantes aquatiques et des algues et épuiser l’oxygène dans l’eau.

Fertilisant

Substance comme l’azote, le phosphore ou le potassium qui aide à la croissance des plantes. Il peut être naturel comme le fumier, ou synthétique.

Fixateur d’azote

Plantes dont les racines contiennent des bactéries qui fixent l’azote.

Immobilisation

L’inverse de la minéralisation. Elle se produit lorsque le phosphore inorganique est converti en forme organique qui peut être incorporée dans les plantes.

Légumineuses

Plantes appartenant à la famille des papilionacées qui comprend des plantes comme les pois, les haricots et le trèfle.

Lessivage du sol

Perte de substances du sol à la suite des précipitations.

Météorisation

Dégradation du sol et des roches.

Minéralisation

Processus qui se produit lorsque les bactéries décomposent la matière organique et la transforment en phosphore inorganique.

Nitrate

Ion d’azote et d’oxygène de formule moléculaire NO₃^-.

Nitrite

Ion d’azote et d’oxygène de formule moléculaire NO₂^-.

Nodule

Bosses sur les racines des légumineuses où l’azote est stocké et où vivent les bactéries fixant l’azote.

Rhizobium

Espèce de bactéries qui fixe l’azote dans les racines des plantes de la famille des légumineuses.