固氮作用簡稱固氮（），是指将空氣中游離態且较为惰性的单质氮（氮气 ）轉化為可以被生物新陈代谢所利用的氮化合物（如硝酸盐、氨、二氧化氮）的化學過程。固氮可分为自然固氮以及人工固氮两种，前者还可进一步细分为天然闪电、火山喷发或宇宙辐射等自然现象引发的高能固氮和通过生物酶催化的生物固氮；后者则是通过化学工程进行氮化合物的工业化生产，其中以哈伯法最为常见。

固氮對於地球上的生命至關重要，因為单质氮气的三键共价双原子分子的分子结构十分稳定，导致其活化能太高成为一种非活性气体，所以必须以键能更低的无机化合物形态才能参与绝大部分生物化学反应，而所有含氮有機化合物（如胺基酸、多肽与蛋白質、三磷酸腺苷和核酸）的生物合成又都基于無機氮化合物，固氮也因此与固碳一样是所有生态系统（无论海洋、淡水还是陆地）食物网的营养基础，地球生物圈也必须有依赖足够的固氮才能维持氮循環与生物质截存之间的平衡。地球生物圈中的固氮由可合成固氮酶的微生物完成，其中以蓝绿菌和根瘤菌最为常见，此外还有一些硫还原细菌（如脱硫弧菌）和古菌（如甲烷球菌）。这些固氮生物除了会被其它生物（主要是真核生物，包括真菌、藻类、纤毛虫与其它原生生物、动物如海绵、珊瑚、线虫、多毛虫、软体动物，甚至甲壳类节肢动物）进食后，有时还会与水生植物（如满江红）和陆生植物（如豆类、沙棘和桤木）形成共生关系，然后通过这些营养级更高的生物将氮元素传递给食物链更下游的消费者。

固氮對於陆地土壤肥力和水体环境承载力都至關重要，是任何栖息地生物量的基础，因此對人類社會維持農業（特別是粮食和经济作物）、畜牧业和漁業（包括野生漁業和水產養殖）等方面的糧食安全至關重要。它也與所有含氮工業產品的製造間接相關，其中包括化學肥料、藥品、紡織品、染料和炸藥。

自然固氮
自然固氮（）是在自然狀態下（非人工），將大气中遊離態的氮（氮气）轉化為含氮化合物（如硝酸盐、氨、二氧化氮）的過程。自然固氮的途徑主要有兩種：

氣電固氮：在大氣中遊離態的氮通過閃電等產生含氮化合物的高能固氮，約占自然固氮的10%。

生物固氮：即自然界中的一些微生物種群（如豆科植物的根瘤菌）通過體內的固氮酶將空氣中的氮氣通過生物化學過程轉化為含氮化合物，約占自然固氮的90%。

生物固氮
微生物自生或与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中的氮还原成氨的过程。

自生固氮的细菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏杆菌、光合细菌等。与豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放线菌。蓝綠藻如念珠藻、项圈藻等能自身固氮，也能与其他植物如满江红共生固氮。此外茜草科、紫金牛科和薯蓣科中某些植物叶片上有固氮微生物共生的叶瘤。
此类配合物中的双氮配体可以只和一个金属中心相连，也可以作两个（或多个）金属的桥连配体。2003年报道了首个在常温常压下将氮气还原为氨的例子（见下图），然而催化效果不理想，催化剂容易失去活性：

閃電
在高溫等離子體中加熱周圍的空氣，破壞氮氣的鍵，開始形成亞硝酸。]]
閃電將大氣中的氮氣和氧氣轉化為氮氧化物。由於氮原子之間的三鍵，氮氣分子高度穩定且沒有反應。閃電產生足夠的能量和熱量來打破這種結合進而與水反應生成亞硝酸或硝酸。當這些酸滲入土壤時，會產生硝酸鹽，對植物有用。

参考资料
外部連結

• [https://web.archive.org/web/20100709042326/http://www.mcdb.ucla.edu/Research/Hirsch/imagesb/HistoryDiscoveryN2fixingOrganisms.pdf A Brief History of the Discovery of Nitrogen-fixing Organisms, Ann M. Hirsch (2009)]
• [http://dornsife.usc.edu/labs/capone Marine Nitrogen Fixation laboratory at the University of Southern California]