生物固氮作用是指大氣中的分子態氮在微生物(固氮生物)體內由固氮酶催化還原為氨的過程,是土壤氮素的重要來源之一。具體來說,生物固氮是將大氣中游離態的氮元素轉變成生物體能直接吸收利用的氮元素。氮元素是生物體蛋白質組成的必需元素,也是生物生長必須的大量元素之一。
根據固氮微生物的特性和它們與其他生物的關係,生物固氮作用一般分為共生固氮、自生固氮和聯合固氮三種類型。共生固氮主要指豆科植物-根瘤菌體系,其他還有非豆科植物-放線菌固氮體系以及萍-藍固氮體系。自生固氮指不需要同其他生物共生就能獨立進行固氮的一類微生物,如固氮細菌和固氮藍藻。聯合固氮體系是由有固氮能力的細菌集聚於植物的根系周圍甚至部分進入根細胞,細菌利用根系分泌物,植物利用細菌固定氮素。
生物固氮作用在中性或微鹼性環境中能順利進行,磷肥對共生固氮有促進作用。生物固氮所固定的氮素占世界上固氮量的90%,促進了生態圈物質的循環,因此生物固氮作用在整個生物界具有極為重要的意義。