thumb|upright=1.43|Un excédent significatif à important d'azote est relevé presque partout en Europe et en Turquie (ici pour 2005, selon les données disponibles de la Commission européenne et de l'Agence européenne de l'environnement). Les impacts humains sur le cycle de l'azote sont les effets, directs et indirects, de l'Homme sur le cycle de l'azote. Ces impacts sont nombreux et complexes, cet article vise à donner un bref aperçu de l'accroissement de la part d'azote dans certains écosystèmes, dont terrestres, atmosphériques et aquatiques notamment par les nitrates ().

En sciences des systèmes, le cycle de l'azote est un cycle biogéochimique qui se définit comme un système, c'est-à-dire Joël de Rosnay, Le Macroscope, vers une vision globale, 1977; «L'aventure du Vivant», vers la compréhension de l'apparition de la vie et son fonctionnement présenté méthodiquement par la systémique, 1991, , Du Seuil;. Autrement dit, le cycle de l'azote est un ensemble de réservoirs, constitués de différents composés d'azote (voir Figure 1), entre lesquelles différents flux viennent en modifier la quantité par entrée ou sortie; et dont le but est sa propre conservation en tant que système organisé, stable et fonctionnel.

Les apports humains d'azote dans l'environnementc.à.d l'ensemble des ajouts de matières par flux d'entrée au sein des écosystèmes., d'origines agricoles et industriels, dépassent actuellement la fixation biologique de l'azote. En raison des apports anthropiques, le cycle global de l'azote a été considérablement modifié au cours du siècle. Les fractions molaires globales d'oxyde nitreux () dans l'atmosphère sont passées d'une valeur pré-industrielle d'environ 270 nmol/mol à environ 319 nmol/mol en 2005Alley et al. 2007. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I in the Third Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change. Report Summary for Policy Makers (SPM) .. Les activités humaines représentent plus d'un tiers des émissions de , dont la plupart sont dues au secteur agricole.

Histoire des apports anthropiques en azote

Environ 78% de l'atmosphère terrestre est constituée de diazote à l'état gazeuxSource des données : Dioxyde de carbone : NASA - Earth Fact Sheet, janvier 2007. Méthane : IPCC TAR ; table 6.1, 1998 IPCC Third Assessment Report "Climate Change 2001" by GRID-Arendal in 2003. Le total de la NASA a été de sur 100 %, et le a augmenté ici de . Pour normaliser, N2 devrait être réduit de et O2 de . (noté ), qui est un composé inerte et biologiquement indispensable pour la plupart des organismes. Pour être utilisé dans la plupart des processus biologiques, doit être converti en azote réactif (Nr), qui comprend des formes réduites inorganiques ( et ), formes oxydées inorganiques (, , , , et ), et les composés organiques (urée, amines et protéines). Le a une triple liaison forte, et donc une quantité significative d'énergie (226 kcal/mol-1) est nécessaire pour convertir le en Nr. Avant les procédés industriels, les seules sources de cette énergie étaient le rayonnement solaire et les décharges électriques. Utilisant une grande quantité d'énergie métabolique et l'enzyme nitrogénase, certaines bactéries et cyanobactéries convertissent le présent dans l’atmosphère en , par un processus biologique appelé fixation de l'azoteSchlesinger, W. H. 1997. Biogeochemistry : An analysis of global change, San Diego, CA. (FBN, en anglais : ). L'analogue anthropique de la FBN est le procédé Haber-Bosch, dans lequel réagit avec atmosphérique à des températures et pressions élevées pour produire du Smil, V. 2001. Enriching the earth : Fritz Haber, Carl Bosch, and the transformation of world food production. MIT Press, Cambridge, MA. Enfin, est converti en par l'énergie de la foudre, qui est négligeable dans les écosystèmes tempérés actuels, ou par combustible fossile.

Jusqu'en 1850, la fixation biologique du diazote, et la fixation du diazote induit par la culture (par exemple, la plantation de cultures légumineuses) et la matière organique incorporée étaient les seules sources d'azote pour la production agricole. Vers le début du , le Nr des gisements de guano et des dépôts de nitrate de sodium a été récolté et exporté des îles arides du Pacifique et des déserts d'Amérique du Sud. À la fin des années 1920, les premiers procédés industriels, bien qu'inefficaces, étaient couramment utilisé pour produire du . Grâce aux efforts de Fritz Haber et Carl Bosch, le procédé Haber-Bosch est devenu la plus grande source d'engrais azotés après les années 1950, et a remplacé la FBN comme source dominante de production de . De 1890 à 1990, le Nr créé anthropiquement a presque été multiplié par neuf. Pendant ce temps, la population humaine a plus que triplé, en partie en raison de l'augmentation de la production alimentaire.

Depuis la révolution industrielle, une source supplémentaire d'apport d'azote anthropique est la combustion de combustibles fossiles, qui est utilisée pour libérer de l'énergie (par exemple, pour alimenter les automobiles). Lorsque les combustibles fossiles sont brûlés, des températures et des pressions élevées fournissent de l'énergie pour produire du à partir de l'oxydation de . De plus, lorsque combustible fossile est extrait et brûlé, l'azote fossile peut devenir réactif, c'est-à-dire des émissions de . Au cours des années 1970, les scientifiques ont commencé à reconnaître que les apports d'azote s'accumulaient dans l'environnement et affectant les écosystèmes.

Impacts des apports anthropiques dans le cycle de l'azote D'après les recherches menées par , entre 1600 et 1990, la création mondiale d'azote réactif (Nr) aurait augmenté de près de 50%. Au cours de cette période, les émissions atmosphériques des espèces Nr auraient augmenté de 250% et les dépôts dans les écosystèmes marins et terrestres ont augmenté de plus de 200%. De plus, ces recherches signalent une multiplication par quatre des flux d'azote inorganique dissous dans les rivières vers les côtes. L'azote est un nutriment limitant critique dans de nombreux systèmes, y compris les forêts, les zones humides et les écosystèmes côtiers et marins; par conséquent, ce changement dans les émissions et la distribution de Nr a eu des conséquences importantes pour les écosystèmes aquatiques et terrestres . Atmosphère

Les apports atmosphériques d'azote comprennent principalement des oxydes d'azote (), provenant de combustibles fossiles et de la combustion de la biomasse, de l'ammoniac (), de l'oxyde nitreux ().

Dans les agroécosystèmes, l'application d'engrais a augmenté la nitrification microbienne (processus aérobique dans lequel les micro-organismes oxydent l'ammonium () en nitrate () et dénitrification (processus anaérobique dans lequel les micro-organismes réduisent le et le convertissent en ). Les deux processus libèrent naturellement de l'oxyde nitrique () et de l'oxyde nitreux () dans l'atmosphère. Le est particulièrement préoccupant car il a une durée de vie atmosphérique moyenne de à John T. Houghton, Y. Ding, D. J. Griggs, M. Noguer, P. J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell, and C. A. Johnson. 2001. IPCC Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I in the Third Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press], et est plus puissant que le en tant que gaz à effet de serre. Le produit par les procédés industriels, les automobiles et la fertilisation agricole et le émis par les sols (c'est-à-dire comme sous-produit supplémentaire de la nitrification) et les opérations d'élevage sont transportées vers les écosystèmespar vent, influençant le cycle de l'azote et les pertes de nutriments. Six effets majeurs des émissions de et de ont été cités: la diminution de la visibilité atmosphérique due aux aérosols d'ammonium (fines particules matérielles atmosphériques (PM); les concentrations élevées d'ozone; l'ozone et les particules affectent la santé humaine (par exemple les maladies respiratoiress et le cancer); l'augmentation du forçage radiatif et le réchauffement climatique mondial; la diminution de la productivité agricole due aux dépôts d’ozone; l'acidification des écosystèmes et l'eutrophisation.

Biosphère Les écosystèmes terrestres et aquatiques reçoivent des apports de Nr de l'atmosphère par le biais de dépôts humides et secs. Les espèces atmosphériques d'azote réactif peuvent être déposées dans les écosystèmes lors des précipitations (par exemple, , , composés organiques d'azote), sous forme de gaz (par exemple, et acide nitrique gazeux []) ou sous forme d'aérosols (par exemple, nitrate d'ammonium []). Les écosystèmes aquatiques reçoivent des apports d'azote supplémentaire par ruissellement des eaux de surface et des rivières.

L'augmentation des dépôts de N peut acidifier les sols, les cours d'eau, les lacs et altérer la productivité des forêts et des prairies. Dans les écosystèmes des prairies, les apports d'azote ont d'abord produit une augmentation de productivité, suivie ensuite d'un déclin lorsque les seuils critiques ont été dépassés, et un changement des espèces végétales et animales a été démontré. Dans les zones très développées des systèmes océaniques et des estuaires côtiers, les rivières fournissent des apports directs (par exemple, l'eau de ruissellement) et indirects (par exemple, la contamination des eaux souterraines) des agroécosystèmes. Les apports peuvent entraîner l'acidification des eaux douces et l'eutrophisation des eaux marines.

Écosystèmes terrestres

Impacts sur la productivité et le cycle des nutriments

Impacts sur la diversité des espèces végétales

Écosystèmes aquatiques

Les écosystèmes aquatiques présentent également des réponses variées à l'enrichissement en azote. Le surplus de dans des écosystèmes terrestres saturés en N peut entraîner l'acidification des eaux douces en amont et l'eutrophisation des systèmes marins en avalLe Gall, A. C. (2004). Effets des dépôts atmosphériques de soufre et d’azote sur les sols et les eaux douces en France, INERIS 116 pages, 2004-11-21.. L'acidification des eaux douces peut entraîner une toxicité de l'aluminium et la mortalité des espèces de poissons sensibles au pH. Étant donné que les systèmes marins sont généralement limités en azote, la excessivement chargés en N peut entraîner une en raison des proliférations d'algues toxiques, du manque d'oxygène, de la perte d'habitat, de la diminution de la biodiversité et des pertes de la pêche.

Acidification des eaux douces