Ammonification
Hommes et ammonification
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L’ammonification, en chimie, se définit comme la saturation en ammoniac ou en l’un de ses composés. Au sens strict, l’ammonification désigne toute réaction chimique qui génère de l’ammoniac (NH3) comme produit final (ou sa forme ionique, l’ammonium, NH4+). L’ammonification peut se produire par le biais de diverses réactions inorganiques ou en raison des fonctions métaboliques des micro-organismes, des plantes et des animaux. Dans le contexte écologique, cependant, l’ammonification fait référence aux processus par lesquels les formes d’azote liées organiquement présentes dans la biomasse morte (comme les acides aminés et les protéines) sont oxydées en ammoniac et en ammonium. Le processus écologique d’ammonification est réalisé dans le sol et l’eau par une grande diversité de microbes et constitue l’un des nombreux types de transformations chimiques qui se produisent lors de la décomposition de la matière organique morte.
L’ammonification est un élément clé du cycle de l’azote des écosystèmes. Le cycle de l’azote consiste en un complexe de processus intégrés par lesquels l’azote circule entre ses principaux compartiments dans l’atmosphère, l’eau, le sol et les organismes. Au cours des différentes phases du cycle de l’azote, cet élément est transformé entre ses différents composés organiques et inorganiques.
Comme pour tous les composants du cycle de l’azote, le bon fonctionnement de l’ammonification est essentiel à la santé des écosystèmes. En l’absence d’ammonification, les formes organiques de l’azote s’accumuleraient en grandes quantités. Comme les plantes en croissance doivent avoir accès à des formes inorganiques d’azote, en particulier l’ammonium et le nitrate (NO3-), l’oxydation de l’azote organique de la biomasse morte par l’ammonification est nécessaire au maintien de la productivité des espèces et des écosystèmes.
Ammonification
L’azote est l’un des éléments les plus abondants dans les tissus de tous les organismes et est un composant de nombreux produits biochimiques, en particulier les acides aminés, les protéines et les acides nucléiques. Par conséquent, l’azote est l’un des nutriments les plus importants et est requis en quantités relativement importantes par tous les organismes. Les animaux reçoivent leur approvisionnement en azote à travers les aliments qu’ils consomment, mais les plantes doivent assimiler les formes inorganiques de ce nutriment à partir de leur environnement.
Cependant, le taux auquel l’environnement peut fournir de l’azote inorganique est limité et généralement faible par rapport aux demandes métaboliques des plantes. Par conséquent, la disponibilité des formes inorganiques d’azote est fréquemment un facteur limitant pour la productivité des plantes. C’est un phénomène particulièrement courant pour les plantes qui poussent dans les environnements terrestres et marins et, à un moindre degré, dans les eaux douces (où l’approvisionnement en phosphate est généralement le principal nutriment limitant, suivi par le nitrate).
La biomasse morte des plantes, des animaux et des micro-organismes contient de grandes concentrations d’azote lié organiquement sous diverses formes, comme les protéines et les acides aminés. Le processus de décomposition est chargé de recycler les constituants inorganiques de la biomasse morte et d’éviter qu’ils ne s’accumulent en grandes quantités inutilisables. La décomposition est, bien entendu, principalement réalisée par les fonctions métaboliques d’un large éventail de bactéries, de champignons, d’actinomycètes, d’autres micro-organismes et de certains animaux. L’ammonification est un aspect particulier du processus plus complexe de décomposition organique, se référant spécifiquement à la conversion microbienne de l’azote organique en ammoniac (NH3) ou en ammonium (NH4+).
L’ammonification se produit dans des conditions oxydantes dans pratiquement tous les écosystèmes et est effectuée par pratiquement tous les microorganismes qui sont impliqués dans la décomposition de la matière organique morte. Dans les situations où l’oxygène n’est pas présent, une condition appelée anaérobie, différentes réactions de décomposition microbienne se produisent ; celles-ci produisent des composés azotés connus sous le nom d’amines.
Les microbes tirent une certaine énergie métaboliquement utile de l’oxydation de l’azote organique en ammonium. En outre, une grande partie de l’ammonium est assimilée et utilisée comme nutriment pour les besoins métaboliques des microbes. Toutefois, si les microbes produisent de l’ammonium en quantités supérieures à leurs propres besoins, comme c’est généralement le cas, le surplus est excrété dans le milieu ambiant (comme le sol) et peut être utilisé comme nutriment par les plantes ou comme substrat pour un autre processus microbien, appelé nitrification (voir ci-dessous). Les animaux, en revanche, excrètent principalement de l’urée ou de l’acide urique dans leurs déchets liquides contenant de l’azote (comme l’urine), ainsi que divers composés organiques azotés dans leurs excréments. L’urée, l’acide urique et l’azote organique des fèces sont tous des substrats pour l’ammonification microbienne.
L’une des plus élémentaires des réactions d’ammonification est l’oxydation du composé organique simple qu’est l’urée (CO(NH2)2) en ammoniac par l’action d’une enzyme microbienne appelée uréase. (Notez que deux unités d’ammoniac sont produites pour chaque unité d’urée qui est oxydée). L’urée est un engrais agricole couramment utilisé pour fournir de l’ammoniac ou de l’ammonium pour une absorption directe par les plantes, ou comme substrat pour la production microbienne de nitrate par nitrification (voir ci-dessous).
L’ammonium est une source appropriée d’absorption d’azote pour de nombreuses espèces de plantes, en particulier celles qui vivent dans des sols et des eaux acides. Cependant, la plupart des plantes qui vivent dans des sols non acides ne peuvent pas utiliser l’ammonium très efficacement, et elles ont besoin de l’anion nitrate (NO3+) comme source d’absorption de l’azote. Le nitrate est généralement obtenu par l’oxydation bactérienne de l’ammonium en nitrite, puis en nitrate, dans un processus écologique important appelé nitrification. Comme les espèces de bactéries qui effectuent la nitrification sont extrêmement intolérantes à l’acidité, ce processus ne se produit pas à des taux significatifs dans les sols ou les eaux acides. C’est la raison pour laquelle les plantes poussant dans des habitats acides ne peuvent compter que sur l’ammonium comme source de nutrition azotée.
Parce que l’ammonium est un cation chargé positivement, il est retenu relativement fortement par les réactions d’échange d’ions qui se produisent à la surface des minéraux argileux et de la matière organique dans les sols. Par conséquent, l’ammonium n’est pas lessivé très efficacement par l’eau lorsqu’elle percole vers le bas dans le sol. En revanche, le nitrate, qui est très soluble dans l’eau du sol, est facilement lessivé. Par conséquent, la pollution par les nitrates peut être un problème important dans les zones agricoles qui ont été fortement fertilisées avec des engrais contenant de l’azote.
L’homme et l’ammonification
L’homme a une influence majeure sur le cycle de l’azote, notamment par l’utilisation d’engrais en agriculture. Dans des conditions de limitation des nutriments, les agriculteurs tentent généralement d’augmenter la disponibilité de l’azote du sol, en particulier sous forme de nitrate et, dans une moindre mesure, sous forme d’ammonium. Les taux de fertilisation dans les systèmes agricoles intensifs peuvent dépasser 446,2 lb/ac (500 kg/ha) d’azote par an. L’azote contenu dans l’engrais peut être ajouté sous forme de nitrate d’ammonium (NO4 NH4) ou d’urée. Ce dernier composé doit être ammonifié avant que les formes inorganiques de l’azote ne soient présentes, c’est-à-dire l’ammonium et le nitrate qui peuvent être absorbés par les plantes. Dans certains systèmes agricoles, du compost ou d’autres matières organiques peuvent être ajoutés aux sols comme conditionneur et engrais. Dans ces cas, l’azote organique est converti en ammonium disponible par l’ammonification microbienne, et le nitrate peut ensuite être généré par la nitrification.
Dans les situations où les taux de fertilisation sont excessifs, la capacité de l’écosystème à assimiler l’apport d’azote devient saturée. Bien que l’ammonium produit par l’ammonification ne soit pas facilement lessivé, le nitrate l’est, et cela peut conduire à la
TERMES CLÉS
Décomposition- La décomposition des molécules complexes composant les organismes morts en nutriments simples qui peuvent être réutilisés par les organismes vivants.
Eutrophisation- Processus naturel qui se produit dans un lac ou un étang vieillissant lorsque cette masse d’eau augmente progressivement sa concentration en nutriments végétaux.
Lixiviation- Processus de déplacement des substances dissoutes dans le sol avec l’eau de percolation.
Nutriment- Tout produit chimique nécessaire à la vie.
Pollution des eaux souterraines et des eaux de surface, comme les ruisseaux et les rivières. La pollution des eaux souterraines par les nitrates présente des risques pour la santé humaine, tandis que les eaux de surface peuvent connaître une productivité accrue par l’eutrophisation.
Ressources
BOOKS
Atlas, R. M., et R. Bartha. Écologie microbienne. Menlo Park, CA : Benjamin/Cummings, 1987.
Biondo, Ronald J. Introduction à la science et à la technologie des sols végétaux &. Danville, IL : Interstate Publishers, 2003.
Brady, Nyle C., et Ray R. Weil. La nature et les propriétés des sols. 13e éd. Englewood Cliffs, NJ : Prentice Hall, 2001.
Leadbetter, Jared R., éditeur. Microbiologie environnementale. Amsterdam, Pays-Bas, et Boston, MA : Elsevier Academic Press, 2005.
McArthur, J. Vaun. Écologie microbienne : Une approche évolutionniste. Amsterdam, Pays-Bas, et Boston, MA : Elsevier/AP, 2006.
Smil, Vaclay. Enrichir la Terre. Cambridge, MA : MIT Press, 2001.
Spearks, Donald L. Environmental Soil Chemistry. 2e éd. New York : Academic Press, 2002.
Bill Freedman
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