窒素固定とは、大気中の窒素ガスを植物が利用できる化合物に変換する過程のことである。窒素固定は主に2つの方法で行われる。工業的にはハーバー・ボッシュ法によって、生物学的には窒素固定酵素を持つ細菌によって行われる。

生物学的固定はより古い経路である。根粒菌はマメ科植物の根の根粒に生息し、アンモニアと引き換えに植物から糖を受け取る。湛水した水田に生息するアゾトバクターやシアノバクテリアなどの自由生活性の土壌細菌も窒素固定を行う。ハンノキや特定の熱帯性イネ科植物など、マメ科植物以外の植物にも、共生または共生関係にある窒素固定菌が存在する。

農場でそれが重要な理由

• 豆類の輪作は、後作の穀物に窒素を供給する。
• レンゲやクローバーなどの緑肥は窒素を固定する。
• 固定化により合成肥料への依存度が減少する
• また、時間をかけて土壌の有機物を増やす効果もある。

窒素固定は無限ではありません。土壌中の窒素濃度が高い場合、バクテリアが植物から得られる糖分が少なくなるため、窒素固定の速度は低下します。干ばつ、リン不足、酸性土壌も窒素固定を阻害します。これらの条件を適切に管理することが、この共生関係を機能させる上で重要な要素となります。