固氮微生物肥料是利用固氮微生物制成的肥料，通过微生物的固氮作用增加土壤的氮含量并促进粮食增产的一种环境友好型生物肥料，相对于传统氮肥具有污染小，效率高等优势。

氮、磷、钾是作物的三大营养元素，而其中氮素又是主要的，要使作物增产需提供大量的氮肥。虽然空气中约有79%是氮气(N2)，由于其化学性质十分稳定，不能为作物直接利用。必须将氮分子转化成氨或其它形式的含氮化合物（如硝酸盐、亚硝酸盐），作物才能吸收利用。目前工业合成氨的过程需要在高温、高压和催化剂条件下才能进行，不仅要消耗大量的能源，而且由于不合理的使用带来环境污染等一系列人们所关注的问题。

与上述化学固氮相对应的是地球上存在另一类的固氮过程，这即是生物固氮。它是发生在含有固氮酶的微生物种类中，将氮气还原成氨的一种生物过程。生物固氮的总量十分巨大，有人估计约为1.75亿吨/每年，相当于地球上可利用氮源(生物固氮、化学固氮、闪电等非生物自然条件形成的氮化合物)的2/3。因此，可以把生物固氮称之为大自然的氮肥制造工厂。鉴于我国人口多、人均耕地少的客观情况，我们应该充分开发利用这一大自然恩赐人类的资源。虽然固氮微生物肥料在我国的应用近60年的历史，生产的种类不多和应用效果稳定性有待提高，它的研制开发潜力还相当大。加强这一资源的开发利用，定将在增加作物氮源供应、培肥地力、减少化肥用量、提高作物产量，以及促进农业生产的持续发展和环境保护方面发挥其效力。鉴于固氮微生物肥料的重要性，特予介绍这一类微生物肥料。

要生产、研制、开发和应用固氮微生物肥料，首先必需对生物固氮和固氮微生物有基本认识。

凡是能使氮分子还原成氨的生物都称为固氮微生物。各类固氮微生物进行固氮作用的基本反应是相同的。

N2+8H++8e-+16MgATP→2NH3+H2+16MgADP+16Pi

能够固氮的微生物都有生物固氮过程中的关键因子--固氮酶，这种酶的一个重要特性是对氧的敏感性，在有氧条件下会使它不可逆失活。生物固氮中的能量供应和氨效应也是限制这一生物合成过程的另二个限制因素。

根据目前的资料表明，固氮生物都是原核生物，包括微生物中的某些细菌、放线菌和蓝细菌。现在已发现固氮微生物多达60个以上的属，随着研究手段的不断提高，发现的固氮微生物种类会愈来愈多。

生物固氮与工业上的化学固氮相比，有以下四个方面的优点：

生物固氮过程无需在高温高压下进行

在常温常压下依靠微生物本身的固氮酶催化作用，实现将氮分子转化成氨，供植物吸收利用。虽然生物固氮也是一个消耗能量的过程，但是提供能量的是植物，能量主要靠植物以太阳光为能源的光合作用。与化学固氮相比成本低廉。

质优

以豆科植物和根瘤菌共生体系来看，植物向根瘤菌提供能量，存在于根瘤中的根瘤菌(以类菌体形态存在)将氮分子转化成氨，然后通过氨同化系统迅速将氨转化成谷氨酰胺一类的优质氮化合物被植物吸收。而且共生体系固定的氮大部分被输送到籽粒中去，这也是豆科植物种子蛋白质含量高的一个重要原因。

利用率高

化肥氮施入到田间，植物所能吸收利用的效率在20%～60%，其余的要么形成气态氮释放到空气中，要么随水淋溶流失。而生物固氮，尤其是共生固氮体系，大部分都被农作物直接吸收利用，少量的随着分泌过程和根瘤衰老破溃，留在土壤中给下一季作物利用。表现了十分高的利用率。

不污染环境

氮肥的大量使用而转化成的硝态氮，有相当一部分淋溶，造成溪流、地下水和海洋的硝酸盐污染。另一方面施入土壤中的化学氮，由于反硝化作用，释放出的氮气破坏正常的氮素循环。而生物固氮则不存在这个问题。

固氮微生物多种多样，不同的划分标准满足了不同的要求。从它们的生物固氮形式来分，有自生固氮、联合固氮、和共生固氮3种。

自生固氮微生物是指能够在自由生活状态下固氮的微生物总称。在自然界，自生固氮微生物种类很多，分散地分布在细菌和蓝细菌的不同科、属和不同的生理群中；并大致可以分为光合细菌和非光合细菌两类。前者如红螺菌、红硫细菌和绿硫细菌等，其中的某些种类可与其它微生物联合而相互有利；后者的种类很多。根据非光合细菌的自生固氮菌对氧的需求，可以分为厌氧的细菌如梭状芽胞杆菌；需氧细菌如自生固氮菌、贝捷林克氏固氮菌、固氮螺菌等；以及兼性细菌如多粘芽胞杆菌、克鲁伯氏杆菌、肠杆菌等。自生固氮微生物中的某些种类，在有些情况下可以与植物进行联合固氮。

一般地，自生固氮微生物固定的氮素满足本身生长繁殖需要以后就不再固氮了，多余的氮反过来会抑制它们自身的固氮系统。同时，它们固氮效率也比较低。据测定，每消耗1克碳水化合物，自生固氮微生物固定10毫克氮，而共生固氮的根瘤菌则可以固定270毫克氮。所以，这个类群的微生物从固氮量的角度衡量，对作物的氮素供应的贡献并非很大。许多试验结果证明，这类微生物所产生的各种激素和其它活性物质是促进作物生长的主要因素之一。

联合固氮微生物有些自生固氮微生物在特定植物根际环境中生长、繁殖比非根际土壤中旺盛得多，这是由于植物根系的分泌物和脱落物提供能源物质，固氮微生物利用这些能源物质生活和固氮，这种互利关系称之为联合固氮。联合固氮体系最先是在雀稗和雀稗固氮菌之间发现，后来发现小麦、水稻和C4作物如甘蔗、玉米、高粱等禾本科植物亦存在联合固氮体系。能够进行联合固氮的微生物种类较多，似乎没有什么特异性，有些微生物既可以在自生条件下进行自生固氮作用，又能在田间与一些禾本科作物进行联合固氮作用。已经报道过的联合固氮的主要微生物种类有：浸麻芽胞杆菌、多粘芽胞杆菌、巴西固氮螺菌、含脂固氮螺菌、克鲁伯氏杆菌、阴沟肠杆菌、产气肠杆菌和粪产碱杆菌等。

与共生固氮相比，联合固氮微生物与植物之间的关系不紧密，双方也没有共同的组织结构，因而固氮效率也不可能高。目前，对于联合固氮体系的固氮量很难有一个比较准确的估计，一般认为每亩地每年约为0.5～1斤纯氮。

共生固氮微生物是指能与宿主植物形成特定固氮组织结构的一类微生物。它们彼此生活在一起，植物向微生物提供光合产物供微生物固氮需要，微生物则向植物提供氮素营养，双方互相有利。以豆科植物--根瘤菌共生体系来说，由于有根瘤组织作为它们的共生结构，共生效率是最高的。其原因是这种共生体系满足了上述所说的生物固氮的条件。已知的比较清楚的共生体系除了豆科植物--根瘤菌共生体系外，还有非豆科植物--固氮放线菌体系和红萍--固氮蓝藻共生体系。

与相应的豆科植物共生固氮的根瘤菌很多，迄今从豆科植物根瘤中分离出来并进行过研究的约有100多种，在生产上应用的种类不足1/5。在分类上确定了分类地位的现在有5个属，它们分别是：根瘤菌属(Rhizobium)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobi-um)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium)、固氮根瘤菌属(Azorhizobium)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)。每个根瘤菌属包括至少1个种。

和上述的自生固氮和联合固氮比较，共生固氮效率高，固氮量多，对于人类的意义和农牧业生产的作用也最大。迄今研究最为清楚、应用最多的是豆科植物根瘤菌共生固氮体系，据测定，一般每年每亩固定纯氮约为13.3公斤，约折合每亩地每年固定标准化肥130斤，且几乎全部被利用。