Parmi les cycles biogéochimiques, l'azote est le plus étudié. Vérifier un résumé et connaître son importance
L'azote est un élément chimique essentiel à l'existence de la vie sur Terre, puisqu'il est un composant de tous les acides aminés de notre corps, en plus des bases azotées (qui constituent les molécules d'ADN et d'ARN). Environ 78% de l'air que nous respirons est composé d'azote de l'atmosphère (N 2), qui est son plus grand réservoir. L'une des raisons à cela est que le N 2 est la forme inerte de l'azote, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un gaz qui, dans des situations courantes, n'est pas réactif. Ainsi, il s'accumule dans l'atmosphère depuis la formation de la planète. Malgré cela, peu d'êtres vivants ont la capacité de l'absorber sous sa forme moléculaire (N 2). Il s'avère que l'azote, comme le fer et le soufre, participe à un cycle naturel au cours duquel sa structure chimique subit des transformations à chacune des étapes,servir de base à d'autres réactions et ainsi devenir disponible pour d'autres organismes - c'est la grande importance du cycle de l'azote (ou «cycle de l'azote»).
Pour que le N 2 atmosphérique atteigne le sol, entrant dans l'écosystème, il doit passer par un processus appelé fixation, qui est effectué par de petits groupes de bactéries nitrifiantes, qui éliminent l'azote sous forme de N 2 et l'incorporent dans leurs molécules organiques. Lorsque la fixation est effectuée par des organismes vivants, tels que des bactéries, on parle de fixation biologique ou biofixation. Actuellement, il est également possible d'utiliser des engrais commerciaux pour la fixation de l'azote, caractérisant la fixation industrielle, une méthode largement utilisée en agriculture. En plus de ceux-ci, il existe également une fixation physique, qui est réalisée par la foudre et les étincelles électriques, à travers lesquelles l'azote est oxydé et transporté vers le sol par les pluies, mais une telle méthode a une capacité réduite de fixation de l'azote,ce qui n'est pas suffisant pour que les organismes et la vie sur Terre se maintiennent.
Lorsque les bactéries fixent le N 2, elles libèrent de l'ammoniac (NH 3). L'ammoniac, lorsqu'il est en contact avec les molécules d'eau du sol, forme de l'hydroxyde d'ammonium qui, lorsqu'il est ionisé, produit de l'ammonium (NH 4), dans un processus qui fait partie du cycle de l'azote et est appelé ammonification. Dans la nature, il existe un équilibre entre l'ammoniac et l'ammonium, qui est régulé par le pH. Dans les environnements où le pH est plus acide, la formation de NH 4 prédomine, et dans les environnements plus basiques, le processus le plus courant est la formation de NH 3. Cet ammonium a tendance à être absorbé et utilisé principalement par les plantes qui ont des bactéries associées à leurs racines (bacteriorrizas). Lorsqu'il est produit par des bactéries vivantes, cet ammonium a tendance à être disponible dans le sol pour être utilisé par d'autres bactéries (nitrobactéries).
Les nitrobactéries sont des chimiosynthétiseurs, c'est-à-dire des êtres autotrophes (qui produisent leur propre nourriture), qui retirent l'énergie nécessaire à leur survie des réactions chimiques. Pour obtenir cette énergie, ils ont tendance à oxyder l'ammonium, le transformant en nitrite (NO 2 -), puis en nitrate (NO 3 -). Ce processus du cycle de l'azote s'appelle la nitrification.
Le nitrate reste libre dans le sol et n'a pas tendance à s'accumuler dans des environnements naturellement intacts, ce qui lui permet d'emprunter trois voies différentes: être absorbé par les plantes, se dénitrifier ou atteindre des plans d'eau. La dénitrification et le flux de nitrate dans les plans d'eau ont des conséquences négatives pour l'environnement.
Impacts sur l'environnement
La dénitrification (ou dénitrification) est un processus réalisé par des bactéries appelées dénitrificateurs, qui transforment à nouveau le nitrate en N 2, effectuant le retour de l'azote dans l'atmosphère. En plus du N 2, d'autres gaz pouvant être produits sont le monoxyde d'azote (NO), qui se combine avec l'oxygène atmosphérique, favorisant la formation de pluies acides, et le protoxyde d'azote (N 2 O), qui est un gaz causal important. l'effet de serre, qui aggrave le réchauffement climatique.
La troisième voie, qui est l'endroit où le nitrate atteint les plans d'eau, provoque un problème environnemental appelé eutrophisation. Ce processus se caractérise par une augmentation de la concentration de nutriments (principalement des composés azotés et du phosphore) dans les eaux d'un lac ou d'un barrage. Cet excès de nutriments favorise la multiplication accélérée des algues, ce qui finit par gêner le passage de la lumière, déséquilibrant le milieu aquatique. Une autre façon de fournir cet excès de nutriments dans un environnement aquatique consiste à y rejeter des eaux usées sans traitement approprié.
Un autre problème à prendre en compte est le fait que l'azote peut également être nocif pour les plantes lorsqu'il est présent en quantités qui dépassent leurs capacités d'assimilation. Ainsi, un excès d'azote fixé dans le sol peut limiter la croissance de la plante, nuisant aux cultures. Ainsi, le rapport carbone / azote doit également être pris en compte dans les processus de compostage, de sorte que les métabolismes des colonies de microorganismes impliqués dans le processus de décomposition soient toujours actifs.
Absorption d'azote par l'homme
Les humains et les autres animaux ont accès au nitrate en mangeant des plantes qui ont absorbé cette substance ou, selon la chaîne alimentaire, en mangeant d'autres animaux qui se sont nourris de ces plantes. Ce nitrate revient dans le cycle après la mort de certains organismes (matière organique) ou par excrétion (urée ou acide urique, chez la plupart des animaux terrestres et ammoniac, dans les excréments de poisson) contenant des composés azotés. Ainsi, les bactéries en décomposition agiront sur la matière organique libérant de l'ammoniac. L'ammoniac peut également être transformé en nitrites et nitrates par les mêmes nitrobactéries qui transforment l'ammonium, en s'intégrant au cycle.
Une alternative aux engrais
Comme nous l'avons vu, la fixation de l'azote dans le sol peut produire des effets positifs, mais le processus se produisant en excès, peut générer des conséquences négatives pour l'environnement. L'interférence de l'humanité dans le cycle de l'azote est due à la fixation industrielle (par l'utilisation d'engrais), qui augmente la concentration d'azote à fixer, provoquant des problèmes tels que ceux mentionnés ci-dessus.
Une alternative pour l'utilisation d'engrais serait la rotation des cultures, en alternant les cultures de plantes fixatrices d'azote et de plantes non fixatrices. Les plantes fixatrices d'azote sont celles qui ont des bactéries et d'autres organismes fixateurs associés à leurs racines, comme cela se produit dans les légumineuses (comme les haricots et le soja). La rotation favoriserait la fixation de l'azote en quantités plus sûres que l'utilisation d'engrais, apportant des nutriments compatibles avec la capacité d'assimilation des plantes, favorisant leur développement et réduisant les taux de nutriments qui atteignent les plans d'eau. Un processus similaire appelé «engrais vert» peut également être appliqué pour remplacer les engrais.
Ce processus consiste à faire pousser des plantes fixatrices d'azote et à les brosser avant qu'elles ne produisent des graines, en les laissant en place sous forme de paillis, de sorte que des cultures ultérieures d'autres espèces puissent être faites. Ci-dessous, nous pouvons voir une image qui nous apporte un résumé de ce qui a été vu tout au long de l'article:
ANAMMOX
L'acronyme en anglais (qui signifie oxydation anaérobie de l'ammoniac) désigne un procédé biologique innovant pour éliminer l'ammoniac de l'eau et des gaz.
Il s'agit d'un raccourci, car l'ammoniac n'aurait pas besoin d'être nitrifié en nitrite et nitrate pour être dénitrifié sous forme de N 2. Avec le procédé ANAMMOX, l'ammoniac serait directement converti en azote gazeux (N 2). La première station à grande échelle a été installée en 2002 aux Pays-Bas et en 2012, 11 installations étaient déjà en service.
Efficace et durable, le procédé ANAMMOX permet d'éliminer l'ammoniac des effluents à des concentrations supérieures à 100 mg / l. Dans les réacteurs coexistent bactéries nitrifiantes et ANAMMOX, où les premières transforment environ la moitié de l'ammoniac en nitrures (composés chimiques contenant de l'azote dans leur composition), et les bactéries ANAMMOX agissent en transformant les nitrures et l'ammoniac en azote gazeux.
L'oxydation anaérobie de l'ammoniac s'est avérée prometteuse et peut déjà être trouvée dans les processus industriels tels que le traitement des eaux usées, les déchets organiques solides, les industries alimentaires, les engrais, entre autres.
