Élément chimique, de symbole N, constituant essentiel de la matière vivante, aux côtés du carbone, de l'oxygène et de l'eau.
L'azote est un élément très abondant, réparti entre le sol (16 360.1016 kg), l'atmosphère (386.1016 kg ; l'air que nous respirons est constitué à 78 % d'azote sous forme N2), l'eau (2,3.1016 kg) et la matière organique, vivante ou morte (0,028 à 0,065.1016 kg). Entre ces différents domaines, il subit en permanence des transferts et des transformations au cours desquels il apparaît sous diverses formes libres ou combinées : azote moléculaire atmosphérique, nitrites, nitrates, ammonium, protéines, acides aminés, etc. L'ensemble de ces transformations et de ces transferts constitue le cycle de l'azote.
Fixation biologique de l'azote atmosphérique.
Cette fixation est réalisée principalement par des bactéries (genres Rhizobium et Bradyrhizobium) qui vivent en symbiose avec des plantes, essentiellement des légumineuses, et de façon moins importante par des algues bleues, des associations algales et des micro-organismes libres (genres Azotobacter et Clostridium). Les Rhizobium sont présents dans des nodosités des racines et absorbent l'azote atmosphérique pour synthétiser divers produits plus ou moins complexes qui seront utilisés par la plante hôte. En retour, les bactéries utilisent les produits carbonés fabriqués par la légumineuse. Les Azotobacter sont des bactéries aérobies dont la contribution à l'enrichissement en azote du sol est plus faible, car elles ont tendance, pour économiser leur énergie, à utiliser l'azote nitrique ou ammoniacal déjà présent dans le sol. Les Clostridium sont des bactéries anaérobies, dont l'activité fixatrice est relativement faible, sauf dans certains sols riches en carbone et pauvres en azote minéral.
La fixation biologique représente un des principaux apports d'azote au sol. La quantité ainsi apportée à la terre a été estimée à 139.109 kg dont 60 % par les plantes légumineuses. Un hectare de trèfle fixe en une année environ 100 à 160 kg d'azote, un hectare de luzerne, de 130 à 600 kg.
Dépôts d'azote atmosphérique.
L'atmosphère contient des composés organiques et inorganiques de l'azote qui peuvent être déposés sur le sol par voie sèche (dépôts de particules) et par voie humide (précipitations). La quantité d'azote inorganique ainsi apportée est assez faible (de 0,78 à 22 kg/ha par an) et ne constitue une source utile que pour certains écosystèmes (forêts, déserts, prairies naturelles).
Transformations dans le sol.
Dans le sol, l'azote est présent principalement sous forme de composés organiques et de NH4+, fixé sur les argiles. Sa quantité varie selon les mêmes facteurs que la quantité de matière organique. On estime qu'elle est de l'ordre de 237,1.1012 kg dans les sols de la planète, dont 216,2.1012 kg sous forme organique. Cet azote provient de la fixation biologique, d'apports par les eaux de pluies et les dépôts, et des matières organiques mortes (végétales et animales) enfouies. L'azote contenu dans la matière organique est libéré sous forme d'azote minéral, utilisable par les plantes, par le processus de minéralisation, résultant de la décomposition de la matière organique par l'action des micro-organismes. Mais, parallèlement, les micro-organismes du sol utilisent également l'azote minéral du sol pour leur propre métabolisme : ils prélèvent donc de l'azote pour le transformer en azote organique (organisation ou immobilisation de l'azote)... avant d'être à leur tour décomposés et de contribuer ainsi à la minéralisation.
On appelle minéralisation nette la différence entre les quantités d'azote minéral produites par minéralisation et les quantités disparues du fait de l'organisation. L'évolution de la quantité d'azote nitrique dans le sol dépend du rapport C/N (teneur en carbone divisée par la teneur en azote de la matière sèche) des composés organiques : ce rapport détermine en effet l'importance relative de la minéralisation (qui domine lorsque C/N < 20) et de l'immobilisation (qui devient importante lorsque C/N > 30). Selon la valeur de ce rapport, les produits organiques apportés au sol donneront une production de nitrate ou au contraire une immobilisation de nitrate ; cette valeur peut être très variable (biomasse microbienne : 6 à 12 ; substances humiques : 10 à 12 ; fumiers animaux : 9 à 25 ; pailles de céréales : 60 à 80).
La matière organique est d'abord transformée en humus, qui contient environ 5 % d'azote organique. Annuellement, 1 à 2 % de cet humus disparaît et produit de l'azote ammoniacal (NH4+). Celui-ci n'est en général qu'une forme transitoire, rapidement transformée en azote nitrique (NO3-). Toutefois, il peut s'accumuler dans les sols acides ou asphyxiés. La transformation de l'azote ammoniacal en azote nitrique (nitrification) est l'étape ultime de la minéralisation. Elle comprend 2 phases successives : la nitrosation, puis la nitratation. La 1reconduit à la production de nitrite (NO2-) ; elle est due à l'activité de bactéries aérobies du genre Nitrosomonas. La 2e transformation de l'anion nitrite en anion nitrate (NO3-), est due à des bactéries aérobies du genre Nitrobacter. Elle est plus rapide que la première, aussi la concentration en nitrite dans le sol est-elle généralement très faible, voire nulle. La nitrification qui est due à des bactéries aérobies strictes exige une bonne aération du sol ; très répandue dans la plupart des sols, elle n'a pas lieu dans ceux qui présentent une hydromorphie permanente. Sa vitesse dépend aussi de la température (elle est considérablement freinée en dessous de 5oC et au-dessus de 35oC) et du pH du sol (elle est fortement ralentie dans les sols très acides ou calcaires). Les bactéries nitrifiantes sont parmi les plus sensibles aux pesticides, dont les effets dépressifs sont cependant de courte durée. On utilise aussi des substances inhibitrices pour ralentir et différer la nitrification, avec toutefois des résultats rarement maîtrisés. L'organisation de l'azote (à l'inverse de la minéralisation) est la transformation de l'anion NO3- en composés organiques azotés par de nombreux organismes (plantes, bactéries, algues, champignons). Elle se produit en 3 étapes conduisant successivement à la formation de nitrites, d'ammoniac puis d'acides aminés. La première, catalysée par la nitrate-réductase, est l'étape limitante.
