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Le nitrate (NO3-) comparé à l’ammonium (NH4+)

Processus de conversion de l’azote du sol


Les trois principales sources d’azote utilisées dans l’agriculture sont l’urée, l’ammonium et le nitrate. L’oxydation biologique de l’ammoniac en nitrate est connue comme la nitrification. Ce processus est composé de différentes étapes, comme le montre l’image 1, et dépend de bactéries autotrophes, obligatoirement aérobies. Dans les sols gorgés d’eau, l’oxydation du NH4+ est donc limitée. L’urée est décomposée par l’uréase ou chimiquement hydrolysée en ammoniac et en CO2. Dans l’étape d’ammonification, l’ammoniac est transformé par des bactéries oxydantes en ammonium. Lors d’une étape suivante, l’ammonium est transformé par des bactéries nitrifiantes en nitrate (nitrification).

Le taux de conversion de l’azote dépend des conditions, présentes dans le sol pour les bactéries nitrifiantes. La nitrification du NH4+ en NO3- se produit préférablement dans les conditions suivantes :

  • En présence de bactéries nitrifiantes.
  • Température du sol  > 20 °C.
  • pH du sol entre 5,5 et 7,5.
  • Humidité et oxygène suffisamment disponibles dans le sol.


De l’ammonium peut s’accumuler dans le sol, lorsque cette conversion de l’azote est limitée ou complètement arrêtée si l’une ou plusieurs des conditions de sol suivantes sont présentes (Mengel et Kirkby, 1987) :

  • Des conditions de faible pH du sol réduisent de façon importante l’oxydation microbienne NH4+.
  • Manque d’oxygène (par ex. les sols gorgés d’eau).
  • Manque de matière organique (comme source de carbone pour les bactéries).
  • Sols secs.
  • Une faible température du sol ralentit la nitrification en raison de la faible activité des micro-organismes qu’il contient.
  • La nitrification atteint son optimum à 26 °C, alors que l’optimum pour l’ammonification est aussi élevé que 50 °C. Ainsi, dans des sols tropicaux, même à pH neutre, l’ammonium peut s’accumuler en raison du faible taux de nitrification. 


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Image 1. Processus de conversion du N dans le sol. (Cliquez sur la figure pour agrandir, Cliquez ici pour ouvrir et imprimer la figure)


Avantages du nitrate par rapport aux engrais contenant de l’ammonium


Les nitrates sont la source de choix pour l’azote :

  • Non volatil : contrairement à l’ammonium, le nitrate est non volatil, il n’est donc pas nécessaire de l’incorporer dans le sol lorsqu’il est épandu en surface ou latéralement, ce qui en fait une source pratique d’application.
  • Mobile dans le sol - l’absorption directe par la plante signifie une haute efficacité.
  • Les nitrates favorisent en synergie l’absorption des cations, tels que K, Ca et Mg, alors que l’ammonium entre en concurrence avec l’absorption de ces cations.
  • Les nitrates peuvent être facilement absorbés par la plante et n’ont pas besoin de passer par une autre conversion, comme c’est le cas de l’urée et de l’ammonium, avant l’absorption.
  • Il n’y a pas d’acidification du sol si tout l’azote appliqué est sous la forme d’azote nitrique.
  • Les nitrates limitent l’absorption d’éléments nocifs, tels que le chlore, en grandes quantités.
  • La conversion des nitrates en acides aminés se produit dans la feuille. Ce processus est alimenté par l’énergie solaire, ce qui en fait un processus à faible consommation d’énergie. L’ammonium doit être converti en des composés organiques azotés dans les racines. Ce processus est alimenté par les glucides, portant ainsi préjudice aux autres processus de la vie de la plante, comme sa croissance et sa fructification.


La meilleure efficacité de l’absorption de l’azote avec le nitrate, par rapport à la fertilisation au moyen d’ammonium, a été clairement démontrée par Legaz et al (1996). Ils ont constaté que la plus haute efficacité dans l’absorption de N (appelée isotope N-15) par les arbres d’agrumes en fonction du type d’engrais (KNO3, sulfate d’ammonium) appliqué dans un sol sableux et limoneux, et mesurée sur une période de six mois, a été obtenue avec des nitrates. Les différences dans l’absorption du N étaient les plus élevées dans le sol sableux avec 60  % d’efficacité d’absorption du N lorsque l’azote est appliqué sous la forme de nitrate de potassium, et seulement 40  % d’efficacité lorsqu’il est appliqué au moyen de sulfate d’ammonium.


Taux optimaux de nitrate/ammonium dans les sols


Dans les sols, Knight et al (2000) ont constaté qu’une nutrition à teneur élevée en NO3- par opposition à une teneur élevée en NH4+ est bénéfique au rendement des pommes de terre, avec un certain nombre de caractéristiques de qualité supérieure et une meilleure profitabilité pour le producteur. Leur étude a été menée dans le Sandveld du Western Cape, en Afrique du Sud, où le faible pH du sol, l’absence d’argile et de matière organique dans les sols handicapent la nitrification. Trois taux différents d’ammonium/nitrate, à savoir 80:20, 50:50, 20:80, pour trois niveaux différents de N ont été comparés. Les meilleurs résultats en termes de rendement pour le producteur ont été obtenus lorsque 80  % du N requis a été appliqué sous la forme de NO3- et 20  % comme NH4+.

Lorsque des différences dans les taux d’application de NO3-:NH4+ ont posé problème, des conclusions similaires ont été tirées dans un certain nombre d’autres cultures au sujet d’un rendement accru (ray-grass d’Italie – Cunningham, 1963 ; agrumes - Van der Merwe, 1953 ; tomate - Kafkafi et al, 1971).


Taux optimaux de nitrate / ammonium en culture hydroponique


Dans une culture hydroponique, les quantités standard de NH4+ ajoutées à une solution nutritive pour la culture hors-sol sont entre 5 et 10  % de l’apport total en N et ne dépasseront que rarement 15  %. Pour les roses par exemple, elles tendent à se rapprocher de 25  % au cours de la phase végétative, tandis que pour le melon elles sont proches de 0  % au cours du développement du fruit. Le réglage de l’ajout de NH4+ se produit simplement au cours de la croissance de la culture en relation avec l’évolution du pH dans l’environnement racinaire. Un ajout de NH4+ abaisse le pH dans l’environnement racinaire, en raison d’une activation de l’absorption du cation (NH4+) et d’une réduction de l’absorption de l’anion (NO3-). Lorsque le NH4+ est absorbé, la plante libère du H+ afin de maintenir sa neutralité électrique, ce qui provoque une baisse du pH dans l’environnement racinaire. Les niveaux de pH optimaux dans le substrat vont de 5 à 6 pour presque toutes les cultures (Sonneveld et Voogt, 2009).

Un ajout de NH4+ en remplacement de NO3- dans des substrats peut réduire l’absorption d’autres cations, tels que K+, Ca2+ et Mg2+ , ce qui peut s’expliquer par la concurrence entre des cations NH4+ et ces cations. La proportion de ces effets dépend de différents facteurs tels que la culture, les conditions de croissance et les ajustements apportés à l’équilibre ionique des nutriments. Par conséquent, une utilisation prudente de NH4+ est recommandée pour les cultures qui sont sensibles à la carence en Ca. C’est particulièrement vrai lorsque ces cultures sont cultivées dans des conditions climatiques qui réduisent le transport de Ca vers les fruits. De bons exemples sont la culture de la tomate et du poivron dans des environnements secs et chauds. Les deux cultures sont sensibles à la pourriture des fleurs, causée par une carence en Ca dans le fruit, qui est stimulée par un climat chaud et sec. Dans de telles conditions, toute réduction de l’absorption de Ca devient dangereuse et donc, l’utilisation de NH4+ devient elle aussi risquée (Sonneveld et Voogt, 2009).


Références :

Cunningham, R.K. 1963. Cation-anion relationships in crop nutrition. Rothamstead Exp. Sta., 1962 Report, p. 65.

Kafkafi, U., I. Walerstein and S. Friegenbaum. 1971. Effect of potassium nitrate and ammonium nitrate on the growth, cation uptake and water requirement of tomato grown in sand culture. Israel J. Agr. Res. 21:13-20.

Knight, F.H., P.P. Brink, N.J.J. Combrink and C.J. van der Walt. 2000. Effect of nitrogen source on potato yield and quality in the Western Cape. FSSA Journal 2000, pp. 157-158.

Legaz Paredes F., B. Martín Olmo, M.D. Serna Guirao and N. Muñoz Enrique. 1996. Dinámica de nutrientes y mejora de las técnicas de fertilizacion en cítricos. Instituto Valenciano de Investigación Agrária (IVIA). Valencia. 233-239.

Mengel K. and E.A. Kirkby. 1987. Principles of plant nutrition. 4th ed. IPI, Bern. 687 pp.

Sonneveld, C. and W. Voogt. 2009. Plant nutrition of greenhouse crops. Springer Dordrecht Heidelberg London New York. 431 pp.

Van der Merwe, A.J. 1953. Nitrogen nutrition of citrus in the nitrate and ammonium form. S. Afr. Dep. Agric. Sci. Bull. 299, p. 158.


 

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