Người ta nhận thấy muốn có thu hoạch 12 tạ hạt trên mỗi hecta, cây trồng cần lấy khỏi đất khoảng 30kg nitơ. Số lượng nitơ này nằm trong hạt và trong rơm rạ hoặc thân lá. Hiệu suất sử dụng của phân hóa học là khoảng 75%.
Như vậy có nghĩa là nếu chỉ dựa vào nguồn ni tơ của phân hóa học thì muốn có 5 tấn hạt chúng ta phải bón vào mỗi hecta khoảng 166.6kg nitơ ( tương đương 833kg amon sunphat). Số lượng nitơ lớn này thật khó có thể thỏa mãn ngay cả ở các nước có công nghiệp phân nitơ hóa học phát triển.
Trong thực tế cây trồng có thể nhận được một nguồn ni tơ lớn nhờ quá trình phân giải của vi sinh vật đối với các chất hữu cơ có mặt trong đất hoặc được đưa vào đất (phân rác, phan xanh, hần chuồng…). Quá trình này được gọi là quá trình amon hóa hoặc quá trình thối rữa.
Quá trình Nitrat hóa
Nếu đất bị ngập nước hoặc không đủ oxy, thì muối amon được tạo thành sẽ tích lũy lại trong đất, nhưng nếu trong đất có đủ oxy thì NH3 sẽ được oxy hóa thành Nitrit rồi tiếp đó oxy hóa thành Nitrat (quá trình Nitrat hóa). Nitrat là một trong những dạng hợp chất ni tơ được cây trồng hấp thụ một cách dễ dàng.
Quá trình Phản Nitrat
Ngược lại với quá trình Nitrat hóa là quá trình phản nitrat, tức là quá trình khử nitrat thành nitơ phân tử. Bên cạnh quá trình phản nitrat do vi sinh vật còn có một quá trình phản nitrat hóa hoàn toàn hóa học (phản ứng giữa HNO2 với axit amin hoặc amit)
Quá trình cố định Ni tơ
Những tổn thất về nitơ do quá trình phản nitrat hóa gây nên được bù đắp lại nhờ một quá trình sinh học đặc biệt gọi là quá trinh cố định ni tơ.
Nhóm vi sinh vật có khả năng thực hiện quá trình này được gọi là các vi sinh vật cố định ni tơ. Chúng có khả năng chuyển hóa nitơ phân tử trong không khí thành các hợp chất chứa Nitơ và làm giàu thêm nguồn dự trữ thức ăn nitơ trong đất.
Trong không khí, ni tơ chiếm khoảng 78.16% theo thể tích. Trong thực tế cây trồng ( cũng như con người và các loài động vật) không có khả năng đồng hóa trực tiếp nguồn nitơ lớn lao này. Sở dĩ như vậy bởi vì trong không khí, phân tử nitơ tồn tại ở trạng thái liên kiết hai nguyên tử nitơ lại với nhau nhờ ba dây nối rất bền vững.
Vai trò của vi sinh vật cố định Ni tơ
Chính vì vậy vai trò của vi sinh vật cố định ni tơ có một ý nghĩa hết sức lớn lao đối với nông nghiệp, nhất là đối với các nước có nền công nghiệp phân hóa học chưa phát triển lắm. Những nhiêng cứu gần đây nhất cho biết tổng số nitơ có định được bởi vi sinh vật trên toàn thế giới là khoảng 175 triệu tấn.
