La fixation libre d’azote épisode 1 : les azotobacters

Suite aux précédents articles de l’Agronomie et Nous, j’ai reçu beaucoup de demandes d’information sur comment favoriser la fixation biologique de l’azote.
La fixation symbiotique de l’azote est bien connue (elle se résume majoritairement à l’introduction de légumineuses), mais toute la fixation d’azote ne dépend pas des légumineuses. Une forêt qui pousse par exemple ne capte pas tout son azote dans les légumineuses. Il existe un autre type de fixation d’azote biologique : la fixation non symbiotique ou fixation libre.

Il existe divers types de bactéries fixatrices non symbiotiques. Chacun affectionne un milieu particulier. Cette semaine, nous nous intéressons aux bactéries les plus connues comme les azotobacters. Nous allons étudier les conditions de développement et de fixation d’azote par la bactérie azotobacter.

Deux publications sont synthétisées dans cet article publiées en anglais sous les noms  “NON-SYMBIOTIC NITROGEN FIXATION IN SOIL” et “THE EFFECT OF OXYGEN ON NITROGEN FIXATION BY AZOTOBACTER”.

Les azotobacters ont besoin d’air mais pas n’importe lequel

La première chose à savoir sur l’azotobacter c’est qu’elle vit en aérobie (en présence d’air), elle n’aime donc pas les sols compactés ou asphyxiés. Par contre la concentration naturelle de l’air en oxygène nuit à sa fixation d’azote. Elle préfère les milieux contenant 4% d’oxygène au lieu de 20% normalement.

C’est notamment pour ça que les azotobacters affectionnent les micro-agrégats autour de racines. D’autres micro-organismes consomment l’oxygène de l’air et la teneur en oxygène diminue.

Le ratio C/N de la matière organique impacte le développement des azotobacters

Pour bien comprendre le fonctionnement des azotobacters, leurs conditions de développement et leur potentiel de fixation d’azote, des chercheurs se sont amusés à modifier leurs conditions de vie.

Dans le premier essai : incorporation de différents substrats organiques, comme de la paille de céréale ou du foin de luzerne.

Résultat : les azotobacters se développent plus en présence de substrat organique.. Les bactéries en ont donc besoin pour vivre. Les azotobacters se développent mieux sur des foins de luzerne ou des résidus à C/N faible que sur des pailles.

La première leçon de ces essais est que les bactéries fixatrices libres d’azote du genre azotobacters ont besoin d’une source d’énergie la plus assimilable possible. Ce n’est pas parce que le substrat (matière organique) est riche en azote que les azotobacters ne se développent pas. Ce qui est important c’est d’avoir un substrat facilement assimilable pour les azotobacters.

Quel type de culture favorise le développement d’azotobacter ?

Les chercheurs ont étudié la présence et la fixation d’azote par azotobacter dans les sols de plusieurs parcelles en Californie.

Sans surprise, ce sont les prairies qui favorisent le plus la fixation d’azote par azotobacter Les pH faibles semblent convenir aux azotobacters. Le potentiel redox n’a malheureusement pas été mesuré dans ces essais.

Autre fait intéressant, dans ces essais, les azotobacters se développent mieux sur des cultures en phase de sénescence (en déclin). Peut-être que les azotobacters se nourrissent de la dégradation des racines ?

Inoculer le sol en azotobacter augmente t-il la fixation d’azote ?

Pour valider cette hypothèse, les chercheurs ont incorporé de très grosses quantités de matière organique fraîche (environ 40 tonnes/ha). Les chercheurs ont également inoculé certaines modalités avec des azotobacters élevés en laboratoire. Dans cet essai, l’inoculation du sol avec des azotobacters n’a pas donné de résultats significatifs sur la fixation d’azote après 40 jours. En revanche, d’autres essais menés sur le maïs ou le radis montrent une augmentation de la fixation d’azote et de la croissance de la plante en inoculant le substrat avec des azotobacters.

Les nitrates sont antagonistes à la fixation d’azote par azotobacter

Les chercheurs épandent des nitrates sur certains essais. Les nitrates ont un fort effet antagoniste à la fixation d’azote par azotobacter. A des faibles taux de nitrates, les azotobacters continuent à fixer de l’azote. A des taux plus élevés, les azotobacters continuent à se multiplier mais ne fixent plus d’azote. Cela fait écho avec un article sur les antagonismes entre fixation biologique et fertilisation minérale, publié dans l’Agronomie et nous.

Pour se développer facilement, les azotobacters ont besoin d’une « nourriture adaptée »

Plus le substrat ajouté est facile à digérer pour des micro-organismes, plus le développement et la fixation d’azote par azotobacter est importante. En incorporant de la paille, l’effet est moindre, avec du foin de luzerne cet effet est plus intéressant. Quant au sucre, l’apport de glucose au sol a un effet 3000 fois plus important que l’apport de la même quantité de sucre sous forme d’amidon. Précisons que cet essai a été conduit durant 40 jours. A plus long terme, les résultats auraient sans doute été différents.

La conclusion de cette étude est que le facteur limitant du développement des azotobacters dans la nature et sur les sols cultivés est sûrement le manque de matière organique facilement digestible dans le sol et l’excès de nitrates dans nos sols agricoles.

La photosynthèse stimule la fixation d’azote par azotobacter

Une fois n’est pas coutume, même si les azotobacters ne vivent pas en symbiose avec la culture, ceux-ci sont très fortement liés. Comme les azotobacters vivent en grand nombre autour de racines, l’amélioration de la photosynthèse produit une augmentation de la sécrétion de sucres via les racines et donc une augmentation du nombre d’azotobacters.

En résumé

• Les azotobacters se développent essentiellement autour des racines
• Pour fixer de l’azote elles ont besoin d’un substrat, de préférence de sucres simples ou des polysaccharides
• La photosynthèse stimule la fixation d’azote par azotobacter

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