nitrogen (N 2 ) adalah unsur kimia yang sangat penting bagi makhluk hidup, sebagai bagian dari komposisi molekul organik seperti asam amino yang membentuk protein, dan asam nukleat. Atmosfer terdiri dari sekitar 80% nitrogen dalam bentuk gas, dan sayuran hanya dapat menggunakannya dalam bentuk amonia (NH 3 ) atau nitrat (NO – 3 ), dan hewan dalam bentuk asam amino. Jadi, kita dapat mengamati bahwa, dengan pengecualian beberapa mikroorganisme, makhluk hidup tidak dapat menggunakan gas ini dalam bentuk yang tersedia di atmosfer.
Nitrogen yang tersedia di atmosfer terutama difiksasi oleh cyanobacteria Nostoc dan Anabaena , dan oleh bakteri yang hidup bebas di tanah (dari genus Azotobacter ) atau berasosiasi dengan akar tanaman polong-polongan (genus Rhizobium ). Ada juga jamur tertentu yang berasosiasi dengan akar tanaman yang bukan polong-polongan dan membentuk bintil pada akar tanaman tersebut. Kita menyebutnya asosiasi mikoriza, tetapi ingat bahwa tidak semua mikoriza dibentuk oleh jamur.
Semua mikroorganisme ini mengubah nitrogen yang tersedia di atmosfer menjadi amonia. Pada akar tanaman polong-polongan kita dapat menemukan banyak bintil-bintil yang dibentuk oleh jutaan bakteri dari genus Rhizobium. Bakteri ini memperbaiki nitrogen, yang bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan amonia. Sebagian dari amonia ini disuplai ke tanaman dan sebagian lagi dilepaskan ke tanah. Dengan demikian, kita dapat menegaskan bahwa ada hubungan mutualisme antara tanaman dan bakteri, karena bakteri bertindak sebagai pupuk hidup ketika memasok nitrogen ke tanaman, sedangkan tanaman menyediakan tempat berlindung dan makanan bagi bakteri.
Amonia yang tersedia di tanah berasal dari fiksasi nitrogen dengan memperbaiki mikroorganisme, tetapi bagian lain berasal dari dekomposisi protein, asam nukleat, dan residu nitrogen yang ada dalam kotoran dan mayat. Ketika transformasi nitrogen menjadi amonia terjadi, dilakukan oleh bakteri, jamur dan pengurai, kita menyebutnya proses amonifikasi . Dalam proses ini, bakteri dan jamur memperoleh energi yang diperlukan untuk metabolisme mereka, dengan dekomposisi menjadi produk dari respirasi seluler mikroorganisme ini.
Ada tanaman yang dapat menggunakan amonia yang tersedia dalam tanah, sementara yang lain dapat menggunakan nitrat (NO – 3 ). Proses yang membentuk amonia menjadi nitrat disebut nitrifikasi . Proses nitrifikasi dibagi menjadi dua tahap, tahap pertama yang disebut nitrosasi . Dalam nitrosasi, bagian dari amonia tidak digunakan oleh tanaman teroksidasi menjadi nitrit oleh bakteri nitrifikasi dari genus Nitrosomonas, Nitrosococcus dan Nitrosolobus. Dalam proses ini, energi dilepaskan dan bakteri ini menggunakannya dalam produksi senyawa organik.