Fixation biologique de l'azote comment cela fonctionne

Table des matières

• L'azote comme nutriment végétal
  • Formes d'azote
• Le cycle d'azote
  • Azote entrant dans le sol
  • Azote quittant le sol
  • Immobilisation d'azote
• Comment les bactéries réparent l'azote
• Fixation d'azote symbiotique
  • Formation de nodule
• Fixation hétérotrophe de l'azote
• Fixation associative de l'azote
• Comment utiliser les cultures de fixation d'azote en rotation
• Questions fréquemment posées

L'azote est un nutriment essentiel qui soutient la croissance des plantes, et la fixation de l'azote est que les plantes unidirectionnelles l'obtiennent pour se développer. Les bactéries de fixation de l'azote dans le sol prennent de l'azote (N) du gaz et le transforment en une forme utilisable pour les plantes. Ces formes se présentent en plusieurs types, mais la fixation symbiotique de l'azote est la plus courante. C'est la relation que les légumineuses ont avec les bactéries.

Les légumineuses sont une partie importante de la rotation des cultures et de la construction du sol. En raison de leur relation avec les bactéries de fixation de l'azote, ils ajoutent de l'azote pour les cultures futures dans une rotation. Si vous êtes curieux de connaître la rotation des cultures, pensez à lire notre article sur ce sujet!

Cet article devrait vous donner une idée de l'azote en tant que nutriment végétal, des informations sur la dynamique de l'azote et une compréhension des types d'azote présents dans le sol. Comprendre la fixation biologique de l'azote vous aide à comprendre les interactions végétales-microbes. Comprendre comment fonctionne l'azote fixe aide également les jardiniers à comprendre comment utiliser certaines plantes dans une rotation.

L'azote comme nutriment végétal

L'azote est un élément essentiel de la croissance des plantes. En général, les plantes ont besoin d'azote au plus grand nombre par rapport aux autres nutriments. Dans les plantes, l'azote est utilisé pour la chlorophylle. La chlorophylle est ce qui rend les plantes vertes. Il réside dans les chloroplastes photosynthétiques. L'azote est essentiel dans les acides aminés, qui servent de blocs de construction des protéines.

Pourquoi les acides aminés sont-ils si importants pour la physiologie des plantes? Eh bien, ils produisent de la chlorophylle qui se lie directement à la photosynthèse. Lorsqu'un micro-organisme fixant de l'azote a une relation saine avec une plante, une membrane dérivée de la plante appelée la membrane thylakoïde donne aux chloroplastes une lumière plus facile à absorber la lumière. Une meilleure absorption de la lumière conduit à une meilleure absorption nutritionnelle de l'eau et des plantes.

Formes d'azote

Il existe plusieurs formes d'azote dans le monde végétal. Les deux formes utilisées par les plantes sont le nitrate et l'ammonium. Le nitrate est un composé azoté chargé négativement composé d'un atome d'azote et de trois atomes d'oxygène. Un composé chargé positivement avec un atome d'azote et quatre atomes d'hydrogène forment de l'ammonium. Si les plantes ont le choix entre le nitrate et l'ammonium, ils préfèrent le nitrate. Cependant, ce sont tous deux des formes acceptables pour les plantes dans l'économie d'azote.

Il existe quelques autres formes importantes d'azote impliquées dans les plantes et le cycle d'azote. Le gaz de dinitrogen représente 78% de l'air autour de nous. Il est composé de deux atomes d'azote triples liés ensemble. Ces liaisons sont extrêmement difficiles à briser. Un autre composé azoté gazeux important est l'ammoniac. Un azote et trois atomes d'hydrogène forment de l'ammoniac. Ce gaz toxique fait partie du cycle N et peut s'accumuler dans certains contextes agricoles. Un dernier composé azoté important à considérer est l'azote organique dissoute. Ces composés contenant du carbone sont des acides organiques trouvés dans les sols.

Le cycle d'azote

Avant d'entrer dans la fixation de l'azote dans son ensemble, il est important de comprendre les bases du cycle N. Il y a plusieurs parties à ce cycle, et nous couvrirons les bases dans le but de vous comprendre comment l'azote change dans ce processus. Les composants du cycle comprennent le sol, l'atmosphère et les tissus vivants. La façon la plus simple de discuter de ce sujet est d'examiner comment l'azote entre et sort du sol.

Azote entrant dans le sol

L'azote entre dans le sol par décomposition de la matière organique. Cela peut se produire lorsque les jardiniers ajoutent du compost, des organismes en décomposition, de la décomposition du matériel végétal, du fumier et d'autres à leurs jardins. Une autre façon est par la fixation de l'azote dans le sol lui-même. Ce processus implique des bactéries de fixation d'azote spécifiques qui prennent des bactéries en gaz de dinitrogen et la transformer en formes que les plantes peuvent utiliser. Il existe trois types différents de fixation de l'azote: la symbiose de fixation de l'azote, la fixation hétérotrophique et la fixation associative). Ils ont tous la capacité de rompre la triple liaison en gaz de dinitrogen et, ce faisant, de déposer de l'azote dans le sol.

Azote quittant le sol

La dénitrification, la volatilisation de l'ammoniac et la lixiviation ou le ruissellement sont les principales façons dont l'azote quitte le sol. La dénitrification est le processus par lequel le nitrate dans le sol est transformé en gaz par des bactéries anaérobies. De faibles concentrations d'oxygène créent des conditions anaérobies. Des conditions de matière organique décomposable, de nitrate et de températures chaudes sont également nécessaires pour la dénitrification. Dans ce processus, le gaz de dinitrogen et le monoxyde de dinitrogen sont libérés dans l'air sous forme d'azote atmosphérique.

Le monoxyde de dinitrogen (en deux azotés et un atome d'oxygène) est un gaz à effet de serre libéré à une concentration beaucoup plus faible que le gaz de dinitrogen, qui n'est pas un gaz à effet de serre. Les facteurs affectant la quantité de monoxyde de dinitrogen libéré comprennent le pH du sol et la température.

Une autre forme d'azote perdu se produit par sa volatilisation en gaz d'ammoniac. Cela se produit lorsque les sols sont secs, chauds et ont une faible capacité d'échange de cations - la capacité du sol à tenir des ions chargés positivement. Le résultat de ces conditions est l'application de l'ammonium à la surface du sol.

Un exemple du processus de volatilisation peut être trouvé dans l'urée. L'urée est une forme organique commune de n engrais utilisées dans le monde et est un sous-produit de l'urine de l'homme ou d'autres animaux. Cela peut souvent conduire à la volatilisation du gaz d'ammoniac lorsque les conditions sont correctes. Alors que l'ammoniac se vaporise et monte dans l'atmosphère, il laisse le sol sans composés d'azote à base d'ammoniac qui avaient été ajoutés via l'urée. Pensez-y comme s'il s'agissait d'un ballon à air chaud en fouettant notre azote juste hors du sol où il appartient!

La lixiviation et le ruissellement sont de deux autres façons de quitter l'azote, surtout en ce qui concerne les systèmes de culture qui reçoivent des engrais chimiques réguliers. Souvent, l'azote n'est pas bien séquestré dans le sol, surtout en tant que nitrate. Il se déplace facilement à travers le profil du sol et finit par se retrouver dans les eaux souterraines, qui coule sous terre. L'azote se retrouve alors dans les rivières, les ruisseaux et autres plans d'eau.

Cette pollution des nutriments provoque l'eutrophisation ou une accumulation de concentration en nutriments dans les zones humides et les voies navigables. Tout comme les engrais azotés favorisent la croissance des cultures, leur ruissellement provoque une croissance excessive des plantes dans ces zones, entraînant des limites de la quantité d'oxygène disponible pour d'autres organismes.

Les zones mortes sont un autre résultat du ruissellement, à mesure que les fleurs d'algues se développent, éliminant l'oxygène de la faune dans les océans.

Immobilisation d'azote

Une autre chose importante à considérer avec l'azote est l'immobilisation ou l'azote qui n'est pas disponible pour les plantes, principalement parce que l'azote se trouve dans les tissus des bactéries libres dans le sol. L'immobilisation peut se produire davantage lorsque le compost et les modifications ajoutent trop de carbone disponible. Le carbone sert d'énergie aux micro-organismes dans le sol. Ces organismes utilisent de l'azote dans le sol pour les tissus et les protéines. Considérez ceci lors de l'ajout de paillis de paille et de bois dans un jardin. Comme ce sont principalement du carbone avec peu d'azote, ils peuvent conduire à l'immobilisation.

Les jardiniers doivent ajouter plus de n engrais et n fixer des plantes dans le jardin pour contrer le cycle d'immobilisation. Le compost peut également conduire à l'immobilisation lorsqu'il n'a pas le bon rapport combiné d'azote / carbone. Un excès d'azote sous forme de nitrate est marqué par des odeurs émises par un tas de compost. Pour rééquilibrer le rapport et promouvoir une meilleure assimilation de l'ammoniac, ajoutez du carbone.

Comment les bactéries réparent l'azote

N Le gaz est «fixé» dans le sol par les bactéries rhizobiales, mais comment? Les triples liaisons en dinitrogen sont incroyablement fortes, ce qui les rend difficiles à briser. Ces organismes de fixation d'azote utilisent une enzyme, la nitrogénase, pour rompre cette liaison. L'enzyme de nitrogénase se trouve dans les bactéries rhizobiales et les cyanobactéries de fixation de l'azote. Le complexe de nitrogénase transforme le dinitrogen en ammoniac, puis les réactions la transforment en formes utilisables pour la plante cultivée.

Les humains ont compris comment briser ce triple lien au début du 20e siècle via le processus de Bosch Haber. Cette méthode industrialisée de prise d'azote atmosphérique et de la transformer en formes utilisables pour les plantes a atténué la souche de l'achat d'engrais azote. Par conséquent, les engrais fabriqués à partir de ce processus proviennent de composés inorganiques et ne peuvent pas être utilisés dans des fermes biologiques certifiées.

Fixation d'azote symbiotique

La forme de fixation la plus courante est la fixation symbiotique de l'azote. Ceci est la relation légumineuses et les plantes actinorhizales avec des bactéries de fixation d'azote dans le sol. Les cultures qui prennent en charge les bactéries Nixing comprennent les haricots, les pois, les arachides, le trèfle, la vesce, la luzerne et les lupins. Certaines autres espèces sont légumineuses mais comprennent des arbres et des arbustes.

La plupart des plantes terrestres n'ont pas cette symbiose avec des bactéries. Ces plantes hôtes forment des nodules racinaires qui contiennent des micro-organismes de fixation d'azote, y compris des rhizobactéries favorables à la croissance des plantes. Les relations symbiotiques bénéficient aux deux parties: les espèces de Rhizobium reçoivent des sucres tandis que la plante obtient des composés d'azote utilisables. Lorsque vous appliquez un engrais n, ces nodules ne se forment pas parce que les plantes n'ont pas besoin de l'aide de bactéries de fixation d'azote pour fournir de l'azote pour planter des mitochondries.

Chaque espèce de légumineuses diffère dans le niveau de nodulation et d'efficacité. Les haricots communs comme les haricots verts ne sont pas aussi bons que les légumineuses à grains comme les arachides, les cowpeas et le soja. Les plantes vivaces sont encore meilleures pour fixer l'azote. Ces cultures incluent les trèfles et la luzerne. Il existe de nombreuses options pour ces plantes qui apposent l'azote.

Formation de nodule

Différentes cultures ont des nodules de forme différemment. Le processus de formation des nodules est en fait une infection de bactéries à nuire à N. Les cultures annuelles ont des nodules de la taille d'un pois tandis que les vivaces ont des nodules plus allongés. Mais comment se forment ces nodules? Tout d'abord, les bactéries associées à la plante envahissent l'hôte végétal. Les bactéries vivant dans le sol entrent dans les cellules végétales, résidant dans le cortex racinaire. Les bactéries restent dans la région intracellulaire des tissus végétaux, formant finalement les nodules que vous voyez.

Je recommande aux jardiniers d'entrer dans le jardin et de tirer une plante de fixation d'azote mature. Vous verrez ces nodules. Coupez-en un pour voir l'intérieur. Les nodules actifs semblent rouges à l'intérieur en raison d'un composé similaire à l'hémoglobine dans le sang humain.

Fixation hétérotrophe de l'azote

Les bactéries hétérotrophes azotés sont différentes de celles symbiotiques. Ils n'ont pas de relation avec les plantes pour obtenir du carbone et d'autres composés dont ils ont besoin. Au lieu de cela, ils soutiennent la fixation de l'azote passivement en consommant une matière en décomposition dans le sol.

Cette étude menée par Eckford et une équipe de chercheurs ont identifié plusieurs bactéries hétérotrophe. L'étude souligne également que la fixation de l'azote se produit dans les sols du monde entier.

Ces bactéries gagnent de l'énergie en consommant d'autres composés dans le sol, ce qui les rend hétérotrophes. Les humains sont hétérotrophiques parce que nous devons produire et consommer de la nourriture pour survivre. Les plantes, les algues et autres organismes photosynthétiques ou chimiosynthétiques sont des autotrophes car ils peuvent produire les aliments nécessaires à la survie en eux-mêmes.

Fixation associative de l'azote

La fixation associative est similaire aux autres types dans le sens où le gaz de dinitrogen est fixé dans le sol, mais dans une relation occasionnelle avec les plantes. Alors que la symbiose implique des bactéries vivant dans les tissus végétaux, l'association fait référence aux bactéries dans le microbiome végétal. Ce sont des bactéries du sol qui vivent librement qui ne comptent pas sur les plantes pour faire leur travail.

Dans cette étude, Roley et d'autres ont examiné la relation potentielle des bactéries avec le commutateur. Ils ont constaté que l'herbe vivace ne répondait souvent pas à l'engrais azote. Ils ont examiné le sol entourant les racines pour voir l'activité des bactéries. Ils ont constaté que cette culture bénéficie des bactéries dans le sol ayant une association avec la plante pour fournir de l'azote tout en recevant du carbone de l'environnement.

Comment utiliser les cultures de fixation d'azote en rotation

La meilleure façon d'utiliser des plantes de fixation d'azote est de les inclure dans une rotation. Les cultures alimentaires utilisent des quantités variables d'azote. La plupart sont des mangeoires à l'azote lourds, comme le maïs sucré, les citrouilles, les courges et les poivrons. La plupart des plantes du jardin et de la ferme bénéficient de fixateurs en azote rotatifs. La fixation de l'azote a lieu lorsque les jardiniers plantent des espèces de plantes à azote avant de planter des mangeoires lourdes. Le faire aux côtés des cultures annuelles peut également être bénéfique pour le sol végétal.

Les légumineuses interplantantes avec les autres cultures peuvent bénéficier aux deux plantes. Il est important de noter que les plantes à fixation de l'azote ne fourniront autant d'azote aux autres plantes que lorsqu'ils seront vivants. Il est toujours avantageux de les planter ensemble, mais les nodules de légumineuses peuvent ne pas être capables de fournir toute l'azote à une autre culture comme des poivrons ou des tomates.

Lorsque vous utilisez des fixateurs d'azote avant de lourds mangeoires, n'oubliez pas que les racines végétales (et les tissus hors sol) devraient rester dans le jardin. L'élimination des plantes enlèvera essentiellement l'azote fixe réalisé par les bactéries. Par conséquent, couper et déposer ou réduire un fixateur d'azote à la fin de sa vie sera plus bénéfique que de le retirer par la racine.

Envisagez de cueillir des cultures qui ont la capacité de fournir plus d'azote fixe. Les haricots communs fournissent une fixation d'azote moins adéquate que quelque chose comme le soja ou les arachides. Alors que les céréales de fixation de l'azote comme le soja ne sont généralement pas utilisées dans le jardin, y compris l'edamame, le fava ou les arachides pourraient bénéficier au sol. Inclure également les cultures de céréales et les plantes sans gènes de fixation d'azote en général dans la rotation peut aider à construire une matière organique et à bénéficier au jardin.

Questions fréquemment posées

Q: Que sont les plantes de fixation de l'azote?

R: Les plantes de fixation de l'azote sont celles qui agissent comme une plante hôte pour des types spécifiques de bactéries. La plante hôte elle-même ne répare pas l'azote. Les bactéries sont plutôt dans une relation symbiotique avec les espèces végétales.

Q: Quels arbres réparent l'azote?

R: Il existe de nombreuses espèces d'arbres connues pour apposer l'azote. Certains d'entre eux incluent l'olive d'automne, le crique noir, le redbud oriental et l'aulne.

Q: Quels légumes sont des fixeurs d'azote?

R: Les haricots communs apposent l'azote (mais pas aussi efficacement que les autres). Les plantes de culture commune comprennent des haricots verts, des haricots noirs et des haricots pinto. Ainsi que des pois comme un claquement de sucre et des pois de neige. Encore une fois, si vous souhaitez ajouter des quantités adéquates d'azote au sol, y compris de meilleures cultures comme les arachides ou l'edamame pourraient être de bonnes options. Edamame est similaire au soja à grains et fait un meilleur travail d'oscrotre d'oscote que les haricots communs. La plupart des autres légumes, comme les tomates, le poivre, le maïs, l'aubergine et la courge, ne sont pas des fixateurs d'azote.

Q: Quelles fleurs réparent l'azote?

R: Lupin est la fleur la plus remarquable qui fixe l'azote. Les haricots à la jacinthe sont des légumineuses qui produisent de belles fleurs. Ils sont fréquemment utilisés comme plantes ornementales.

Q: Quelles plantes réparent le plus d'azote?

R: Les légumineuses vivaces comme la luzerne et le trèfle ont le potentiel de réparer le plus d'azote. Cependant, les plantes à légumineuses à grains comme les arachides, les haricots fava, le soja et les cowpeas font également un bon travail d'apizer l'azote. Les haricots communs comme les haricots verts et les haricots séchés ne sont pas aussi bons pour réparer l'azote.