Le cycle de l’azote
L’azote est l’un des éléments les plus susceptibles de limiter la croissance des plantes. Comme le carbone, l’azote possède son propre cycle biogéochimique, circulant dans l’atmosphère, la lithosphère et l’hydrosphère (figure 5). Contrairement au carbone, qui est principalement stocké dans les roches sédimentaires, la majeure partie de l’azote se trouve dans l’atmosphère sous forme de composé inorganique (N2). Il s’agit du gaz atmosphérique prédominant, qui représente environ 79 % du volume de l’atmosphère. Les plantes, cependant, ne peuvent pas utiliser l’azote sous sa forme gazeuse et ne peuvent l’assimiler qu’après l’avoir transformé en ammoniac (NH3) et en nitrates (NO3-). Ce processus réducteur, appelé fixation de l’azote, est une réaction chimique au cours de laquelle des électrons sont prélevés sur une autre molécule. Une petite quantité d’azote est fixée par la foudre, mais la majeure partie de l’azote récolté dans l’atmosphère est éliminée par les bactéries fixatrices d’azote et les cyanobactéries (anciennement appelées algues bleues).
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Certaines espèces de bactéries fixatrices d’azote peuvent coexister intimement (symbiotiquement) avec des légumineuses et d’autres plantes, fournissant aux plantes l’azote nécessaire (figure 6). Dans cette association symbiotique, les bactéries sont enfermées dans des nodules qui se développent sur les racines des plantes, et qui permettent d’obtenir l’azote qui a été fixé par les bactéries résidentes. Les cyanobactéries ont développé des relations similaires avec diverses formes de vie, telles que les hépatiques, les hornworts, les cycades et au moins un genre de plantes à fleurs (Gunnera). Leur relation symbiotique avec les champignons a mérité sa propre désignation – les espèces coexistantes sont appelées lichens.
(Gauche) Encyclopædia Britannica, Inc.; (droite) photographie, © John Kaprielian, The National Audubon Society Collection/Photo Researchers
D’autres micro-organismes effectuent des tâches importantes qui propulsent le cycle de l’azote. Bien que les plantes puissent assimiler l’ammoniac ainsi que les nitrates, la plupart de l’ammoniac présent dans le sol est transformé en nitrites (NO2-) puis en nitrates par certaines bactéries aérobies grâce au processus oxydatif de nitrification. Une fois que l’azote a été assimilé par les plantes, il peut être converti en formes organiques, telles que les acides aminés et les protéines. Les animaux ne peuvent utiliser que l’azote organique, qu’ils obtiennent en consommant des plantes ou d’autres animaux. Lorsque ces organismes meurent, certains microbes tels que les détritivores sont capables de participer à la décomposition de l’azote organique en ammoniac (ammonification), fournissant ainsi un approvisionnement constant en ammoniac à utiliser dans le processus de nitrification. Bien que la fixation de l’azote atmosphérique soit une partie essentielle du cycle de l’azote, l’ammonification et la nitrification sont les méthodes prédominantes par lesquelles l’azote organique est empêché de retourner dans l’atmosphère et est maintenu en cycle dans la biosphère.
Une partie de l’azote retourne cependant dans l’atmosphère, car les bactéries dénitrifiantes décomposent les nitrates pour obtenir de l’oxygène, libérant ainsi du N2 gazeux. L’azote est également perdu par les plantes et le sol dans les environnements terrestres par d’autres voies, notamment l’érosion, le ruissellement, la volatilisation de l’ammoniac dans l’atmosphère et le lessivage des sols dans les lacs et les cours d’eau. Finalement, certains de ces nutriments atteignent les océans lorsque les rivières les rejettent à la surface des océans.