Les cycles biologiques des engrais azotés et phosphorés
Mis à jour le | Commissariat général au développement durable
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Le cycle de l’azote
Principal constituant des protéines, composants essentiels de la matière vivante, l’azote joue un rôle primordial dans le métabolisme des plantes. Facteur de croissance, il intervient également comme facteur améliorant la qualité des produits. Par exemple, une teneur en protéines des céréales minimale est requise pour la fabrication du pain.
Dans le sol, l’azote se trouve sous forme organique (humus) ou minérale (ammonium NH4+, nitrate NO3-). Les plantes, à l’exception des légumineuses (luzerne, trèfle, petit pois…), ne peuvent pas absorber l’azote sous sa forme gazeuse. L’azote doit donc être apporté par les fertilisants. Les bactéries présentes dans le sol le transforment en nitrates pour pouvoir être assimilé par les plantes ; c’est le processus de minéralisation. L’essentiel de la nutrition azotée des plantes est assuré par les nitrates.
L’azote est un facteur de risque important pour l’environnement dès lors qu’il se trouve en excès dans le sol. En effet, l’azote sous forme d’ions nitrate est un élément très soluble, peu retenu par les sols et non dégradable. Apporté en trop grande quantité aux cultures, la fraction excédentaire peut être entrainée hors de la zone racinaire dans les profondeurs du sol et être à l’origine de la pollution des eaux superficielles et souterraines.
L’azote doit donc être apporté, autant que possible, en quantité adaptée et juste avant son absorption par la plante, afin d’éviter ce lessivage. Une culture couvrant le sol pendant l’hiver permet de limiter ce lessivage, favorisé par l’infiltration des précipitations.
Par ailleurs, une partie de l’azote, provenant plus particulièrement des effluents d’élevage, se volatilise dans l’air, lors des épandages, sous forme :
- d’ammoniac (NH3) qui participe à l’acidification des milieux ;
- ou de protoxyde d’azote (N2O), puissant gaz à effet de serre.
Les principaux leviers de maîtrise et d’amélioration de l’impact environnemental de la fertilisation azotée reposent sur :
- le choix d’assolement ;
- la rotation des cultures par l’introduction de plantes légumineuses capables de fixer l’azote atmosphérique ;
- la mise en place de « Culture intermédiaire piège à nitrates (CIPAN) » pour éviter les sols nus et par conséquence le lessivage ou de Cultures intermédiaires à valorisation énergétique (CIVE) ;
- les bonnes pratiques de fertilisation « juste à temps et au bon moment » au regard des besoins des plantes et des apports naturels (sol, déposition atmosphérique) ;
- le développement d’agriculture alternative telle que l’agriculture biologique qui exclut tout apport d’engrais synthétique dans ses pratiques.
Le cycle du phosphore
Constituant indispensable pour la croissance des plantes et le stockage ou le transfert d’énergie, le phosphore est un élément indispensable pour les plantes, même s’il est utilisé par celles-ci en moins grande quantité que l’azote ou le potassium.
Son cycle est relativement complexe. La déposition atmosphérique étant négligeable, les entrées se font essentiellement par les apports minéraux et organiques. Les plantes absorbent principalement les ions phosphates sous la forme de H2PO4- et HPO42-. Principalement présent sous ces formes, il est moins soluble que l’azote. Relativement immobile dans le sol, il peut tout de même être acheminé en partie par les sédiments dans les eaux superficielles et se retrouver fréquemment dans les rivières et les ruisseaux.
La concentration excessive de phosphore dans les eaux superficielles peut entraîner l’eutrophisation des rivières à débit lent, des lacs, des réservoirs et des zones côtières. Ce phénomène se manifeste par une prolifération d’algues bleu-verte, une moindre infiltration de la lumière, la raréfaction de l’oxygène dans les eaux de surface, la disparition des invertébrés benthiques et la production de toxines nuisibles aux poissons, au bétail et aux humains.
Les sols sont également exposés au risque d’eutrophisation lorsque la quantité excessive de substances nutritives entraîne une raréfaction de l’oxygène et empêche donc les micro-organismes naturels de fonctionner correctement.
Les conditions de l’eutrophisation des cours d’eau
Seules les zones d’élevage intensif de porcs et volailles connaissent des apports en phosphore total (minéral et organique) parfois trop importants par rapport aux besoins des cultures. En effet, les épandages d’effluents organiques y sont encore souvent effectués sur la base des quantités d’azote apportées, sans tenir compte du phosphore.
Au sein des plantes, le phosphore, prélevé dans l’environnement, est accumulé principalement sous forme de phytate. Des enzymes particulières, les phytases, hydrolysent le phytate pour libérer du phosphore, utilisable pour la croissance de l’organisme.
À la différence des plantes, les animaux d’élevage comme le porc et le poulet (monogastriques) ne peuvent utiliser comme source de phosphore le phytate présent dans une alimentation riche en matière d’origine végétale. En effet, contrairement aux ruminants, ils ne possèdent pas de phytases dans leur tube digestif. Le phosphate leur est alors apporté sous forme dite inorganique (sel minéral) ou en rajoutant une phytase dans leur alimentation. La présence de trop grandes quantités de phosphore (sel minéral et phytate) dans l’alimentation animale entraîne son rejet partiel dans l’environnement s’il n’est pas utilisé par l’animal..
Les principaux leviers de maîtrise et d’amélioration de l’impact environnemental de l’excès phosphore reposent sur la limitation de l’érosion des sols.