Par : T.L. Provin et L.R. Hossner
Une production végétale efficace nécessite un approvisionnement adéquat de tous les nutriments essentiels des plantes. Cependant, l’utilisation d’engrais azotés (N) commerciaux pour augmenter la production, maintenir les profits et fournir des aliments et des fibres à faible coût est une nécessité de l’agriculture moderne. En général, les cultures ont besoin de l’azote en plus grande quantité de tous les éléments nutritifs des plantes.
L’effet environnemental des engrais azotés est un problème de longue date. Les préoccupations relatives à la pollution par l’azote des rivières, des lacs et des eaux souterraines ont amené les producteurs agricoles à prendre de plus en plus conscience de leur contribution potentielle au problème de pollution totale.
Pour utiliser efficacement l’azote et limiter son impact négatif sur l’environnement, les producteurs doivent développer une conscience de la chimie de l’azote et de la façon dont il est ajouté et retiré du sol.
Les engrais commerciaux utilisés par les producteurs agricoles sont une source importante d’ajout d’azote aux sols. L’azote est continuellement recyclé par les résidus de déchets végétaux et animaux et la matière organique du sol. L’azote est retiré du sol par les cultures, les pertes gazeuses, le ruissellement, l’érosion et le lessivage. L’ampleur et le mécanisme responsable des pertes d’azote dépendent des propriétés chimiques et physiques d’un sol donné. La figure 1 est une représentation schématique des gains et des pertes possibles d’azote du sol.
Chimie de l’azote
L’azote représente 79 % de l’air que nous respirons. Les 6 pouces de surface d’un sol de prairie fertile peuvent contenir 2 à 3 tonnes d’azote par acre. L’air au-dessus de cette même acre contiendra environ 35 000 tonnes d’azote gazeux inerte (N2). La plupart de l’azote présent dans le sol provient du gaz N2 et la quasi-totalité de l’azote présent dans l’atmosphère est du gaz N2. Cet azote inerte ne peut pas être utilisé par la plante tant qu’il n’est pas transformé en formes ammonium (NH4 +) ou nitrate (NO3 – ).
Trois méthodes importantes pour changer l’azote gazeux (N2) en ammonium (NH4 +) sont :
- Bactéries libres fixant le N2
- Bactéries fixant le N2 dans les nodules sur les racines des légumineuses, et
- Industries de production d’engrais azotés.
Une autre méthode importante de conversion du N2 est la foudre. Lorsque la foudre éclate, l’azote gazeux de l’air surchauffé est transformé en nitrate (NO3 – ) et en nitrite (NO2 – ). La foudre peut représenter de 1 à 50 livres d’azote disponible pour les plantes par acre et par an.
Bien que l’azote pénètre dans le sol sous plusieurs formes chimiques, il finit par se convertir en ion nitrate inorganique (NO3 – ). La figure 1 montre que le NO3 – peut être utilisé par les plantes, être reconverti en azote gazeux ou être lessivé vers le bas avec l’eau du sol.
Les engrais commerciaux, les résidus végétaux, les fumiers animaux et les eaux usées sont les sources les plus courantes d’ajout d’azote aux sols. Les taux d’application varient considérablement. Les taux d’application uniques peuvent atteindre jusqu’à 150 livres d’équivalent azote par acre pour des cultures telles que le bermudagrass côtier. Cependant, des taux d’application aussi élevés devraient être limités aux sols ayant un faible potentiel d’érosion et de ruissellement.
L’azote présent dans les matières organiques (résidus végétaux, fumiers animaux, eaux usées, matières organiques du sol) fait partie des protéines, des acides aminés et d’autres matières végétales et microbiennes. Il ne devient disponible pour les plantes qu’après la décomposition du composé par les micro-organismes du sol. Ce processus est appelé « minéralisation » (Fig. 2). La première étape de la minéralisation est « l’ammonification ». L’ammonium (NH4 +) dérivé de l’ammonification est ensuite converti en azote nitrique (NO3 – -N) par les bactéries « nitrifiantes » du sol par le processus appelé « nitrification ».
Les emplacements des réactions d’ammonification et de nitrification dans le cycle de l’azote sont indiqués dans la figure 1. L’ion ammonium (NH4 +) chargé positivement produit par l’ammonification ou ajouté au sol dans les engrais est attiré par les particules d’argile chargées négativement du sol. Cependant, dans la plupart des sols non arides, l’ion NH4 + est rapidement transformé en azote nitrique (NO3- N) Les plantes en croissance absorbent la plupart de leur azote sous forme de nitrate (NO3- ).
Les sources courantes d’azote inorganique comprennent l’ammoniac (NH3), l’ammonium (NH4 +), l’amine (NH2 +) et le nitrate (NO3 – ). La plupart des matières fertilisantes contiennent ou formeront du NH4 + qui se transforme rapidement en NO3 – une fois dans le sol.
Élimination de l’azote du sol
L’azote est éliminé des sols par quatre processus principaux :
- Assimilation par les plantes
- Perte gazeuse
- Fuite et érosion
- Lixiviation
L’assimilation par les plantes fait référence à l’absorption de l’azote par les racines. Le coton, le maïs, les tomates et les graminées à gazon ont besoin de 60 à 300 livres d’azote par acre pour produire une bonne croissance et des rendements rentables ou l’esthétique désirée. Les besoins réels pour une culture donnée varient en fonction du potentiel de production et sont grandement influencés par les facteurs climatiques.
Parce que la plupart des sols sont pauvres en azote assimilable par les plantes, les besoins en azote sont souvent fournis sous forme d’engrais azoté commercial. Les besoins en azote supérieurs à 150 livres par acre sont généralement divisés en deux applications ou plus. Cependant, seul l’azote végétal de la culture récoltée quitte réellement le champ. Le reste de l’azote végétal est retourné au sol sous forme de résidus végétaux et réintègre le cycle sous forme d’azote organique, comme l’illustre la figure 1.
La perte gazeuse d’azote a lieu par dénitrification ou volatilisation de l’ammoniac. La dénitrification est un processus par lequel l’azote nitrique (NO3- -N) est converti en oxyde d’azote (N2O) gazeux ou en azote élémentaire (N2). Cela implique l’action de bactéries anaérobies (celles qui n’ont pas besoin d’oxygène libre) et se produit couramment dans les sols humides ou gorgés d’eau.
Comme il s’agit d’un processus anaérobie, les pertes gazeuses d’un sol normal (aérobie) sont faibles. Cependant, lorsque les sols restent très humides ou saturés pendant de longues périodes, une grande partie du nitrate peut être perdue.
Le gaz ammoniac peut évoluer à partir de composés azotés tels que l’urée à la surface d’un sol. L’urée est présente dans le fumier animal et peut être achetée sous forme pure comme engrais (45-0-0).
On a montré que d’autres composés d’engrais contenant de l’ammonium, y compris le sulfate d’ammonium (21-0-0) et, dans une moindre mesure, le nitrate d’ammonium (33-0-0) et le phosphate d’ammonium, produisent de l’ammoniac libre en présence de carbonate de calcium. Cette condition existe dans certains sols à pH élevé (pH>7,3).
Les pertes par ruissellement et érosion peuvent comprendre du nitrate (NO3 – ), de l’ammonium (NH4 +) et de l’azote organique. L’ion NO3 – chargé négativement reste dans l’eau du sol et n’est pas retenu par les particules du sol. Si l’eau contenant du NO3 – ou du NH4 + dissous s’écoule de la surface, ces ions se déplacent avec elle. Cependant, lorsque des engrais azotés sont appliqués sur des sols secs et que de l’eau de pluie ou d’irrigation est appliquée, la première eau dissout l’engrais et l’entraîne dans le sol. Les pluies ne provoquent généralement pas de pertes en surface de l’azote des engrais, sauf si des pluies très intenses se produisent peu de temps après l’application.
L’ammonium retenu par les particules d’argile peut être entraîné dans les réserves d’eau de surface par l’érosion du sol. En fait, l’érosion du sol déplace plus d’azote que les précipitations en déplaçant les composés azotés dissous. Lorsque les sols érodés sont déposés dans les rivières et les lacs, l’activité microbienne convertit lentement les composés azotés en formes solubles.
Les pertes par lixiviation impliquent le mouvement de l’eau vers le bas dans un sol, sous la zone des racines. Cette perte se produit le plus souvent avec le nitrate (NO3 – ) dans les zones de fortes précipitations, sous irrigation excessive et avec des sols à texture grossière (sableux). Les pertes d’azote par lixiviation réduisent la quantité d’azote disponible pour les cultures et peuvent potentiellement contaminer les puits d’eau peu profonds et les aquifères.
Les taux d’azote utilisés et le moment de l’application doivent être liés aux conditions du sol et aux besoins des cultures pour minimiser les pertes par lixiviation. De nombreuses études de recherche montrent qu’en raison de l’absorption par les plantes, peu d’azote nitrique (NO3 – -N) est lessivé des sols sur lesquels une culture est en croissance active. Puisque les sols sablonneux les plus sujets au lessivage sont situés dans l’Est du Texas, où l’herbe est la culture prédominante, des pertes minimales d’azote par lessivage sont généralement attendues de la fertilisation azotée dans tout l’État.
Bien que des études aient montré des problèmes limités avec les mouvements de nitrates (NO3 – ), des applications inappropriées d’engrais azotés commerciaux et organiques peuvent entraîner un ruissellement de NO3 – dans les eaux de surface et un lessivage dans les eaux souterraines.
Prévenir les pertes d’azote
La meilleure façon de prévenir les pertes d’azote des terres agricoles est d’adopter de bonnes pratiques de gestion des sols et de l’eau. La première étape pour réduire les pertes potentielles d’azote consiste à faire analyser le sol. Un échantillon de sol correctement obtenu fournira une estimation du nitrate-azote (NO3 – -N) présent dans le sol, et peut être utilisé comme guide pour appliquer la quantité appropriée d’engrais azoté pour la culture en cours.
Une fertilisation appropriée et le contrôle du ruissellement de surface et de l’érosion offrent les meilleures méthodes pour empêcher l’azote de se retrouver dans les cours d’eau et les lacs. Les pertes par lessivage peuvent être évitées en divisant les besoins en azote en plusieurs applications là où les sols à texture grossière et les fortes précipitations sont courants.
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