Granulés d'urée traités avec des polymères d'acide maléique-itaconique (MIP) Nutrisphere-N. Crédit :Darin Lickfeld
Faites un voyage dans le sol sous un champ de cultures. Vous ne trouverez pas que de la saleté, l'eau, et creepy-crawlies. Vous trouverez également des réactions qui vous rappellent le laboratoire de chimie du lycée.
De nombreux chercheurs étudient les réactions des éléments et composés dans le sol, surtout parce que certains, comme l'azote, sont nécessaires à la croissance des plantes. L'azote est souvent ajouté au sol comme engrais. Cependant, tout l'azote ajouté n'est pas utilisable par les plantes.
L'urée composée est actuellement l'engrais azoté du sol le plus populaire. C'est un moyen d'apporter aux plantes l'azote dont elles ont besoin pour pousser. Bien que l'azote contenu dans l'urée ne soit pas directement utilisable par les plantes, une fois l'urée dans le sol, elle subit une réaction chimique qui produit de l'ammonium, un composé riche en azote qui devient ainsi disponible pour la nutrition des plantes. Le catalyseur responsable de cette réaction est une enzyme appelée uréase. Cette enzyme est produite par des micro-organismes du sol.
Il n'y a qu'un seul problème avec l'uréase :ça marche trop bien !
"Les réactions que subit l'urée sont beaucoup trop rapides, à cause de l'action de l'uréase, " dit Stefano Ciurli. Ciurli est professeur de chimie au Département de pharmacie et de biotechnologie de l'Université de Bologne, Italie. "L'uréase accélère la formation de composés azotés qui se dissipent rapidement dans l'environnement au lieu d'être absorbés par les plantes."
Il est important de contrôler la vitesse à laquelle l'uréase accélère le processus pour aider les plantes à obtenir autant d'azote que possible. Cela se fait généralement en modifiant l'engrais à base d'urée pour diminuer l'activité de l'uréase. Ciurli et son équipe étudient ces techniques. Ils ont cherché à prouver si l'enrobage des granules d'engrais à base d'urée avec un composé spécifique – des polymères maléiques-itaconiques (MIP) – aiderait à cela. Des études antérieures avaient soutenu que cela n'avait pas d'effet.
Ce qu'ils ont trouvé, c'est que, à certains niveaux d'acidité du sol, leur composé était bon pour ralentir l'uréase. Ils ont constaté que leur composé se comparait bien à un autre utilisé à cette fin, Triamide N-(n-butyl)-thiophosphorique (NBPT). Cependant, ce deuxième composé s'est avéré avoir des effets négatifs sur les cultures en plus d'être incorporé dans les plantes et les organismes du sol.
Comparaison de plants de maïs fertilisés avec des granules d'urée enrobés de polymères d'acide maléique-itaconique Nutrisphere-N (MIP) (à gauche) avec des plants fertilisés avec des granules d'urée non enrobés. Crédit :Darin Lickfeld
Les résultats de la recherche suggèrent que les agriculteurs peuvent avoir le choix, selon l'acidité de leur sol.
« Pour les agriculteurs qui utilisent déjà le composé que nous avons testé, cette étude leur explique pourquoi le produit chimique est efficace, " dit Ciurli. " Ceux qui ont été découragés de l'utiliser parce qu'ils ne pensaient pas que cela fonctionnait peuvent maintenant explorer les avantages de celui-ci par rapport aux autres produits chimiques disponibles sur le marché. "
Qu'est-ce qui empêche les plantes d'absorber l'urée en premier lieu ? Qu'est-ce qui rend un nutriment indisponible pour la plante?
"Les plantes ne peuvent absorber les nutriments par leurs racines que si le produit chimique est soluble dans l'eau contenue dans le sol, " explique Ciurli. " Les plantes n'ont pas de dents pour mâcher le sol; ils n'ont que des racines capables d'absorber presque passivement ce qui leur passe."
Dans le sol, il peut y avoir plusieurs formes d'azote. Certains sont des gaz et se perdent facilement dans l'air. D'autres dans le sol peuvent être "collants" ou non collants. Ceux qui ne collent pas, comme les nitrates, sont facilement absorbés par les plantes mais aussi facilement emportés du sol dans les rivières et les lacs. Leur abondance peut entraîner des proliférations d'algues et des zones mortes.
Ciurli dit que l'une des prochaines étapes de leurs recherches consiste à effectuer des études similaires dans le sol, car cette étude a été réalisée en laboratoire.
Le travail a des implications pour les plantes ainsi que l'autre passion de Ciurli, pharmaceutiques pour cibles biologiques à base de métaux.
"La connaissance du fonctionnement de l'uréase, au niveau moléculaire/atomique, est une première étape pour développer des inhibiteurs d'uréase à la fois pour des applications agricoles et également pour des problèmes médicaux, " dit-il. " L'uréase est le facteur de virulence clé pour une série de micro-organismes qui provoquent une résistance aux antibiotiques, cancer, tuberculose, la peste, et les maladies du cerveau. Connaître la chimie de cette enzyme contribuera à la bataille de la race humaine pour sa survie sur cette planète."
