在植物必需的营养元素中，氮是影响植物生长和产量形成的首要元素。而我国的土壤普遍缺氮，氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥。在氮、磷、钾中氮肥肥效一直居于首位。空气中氮气占五分之四，是取之不尽的氮源。可惜植物不能直接利用空气中的氮，必须通过工业或生物的途径，将空气中的氮合成为氮的化合物，才能被植物利用。前者主要是生产合成氨，后者主要是豆科植物的生物固氮。氮是除c、h、o外含量最高的营养元素。它的生理功能主要有以下几方面：①是蛋白质和核酸的主要组成元素。蛋白质是构成植物细胞原生质的基础物质，没有氮就不能形成蛋白质，植物就不能维持生命。氮素是一切生物体不可缺少的，故有生命元素之称。核酸及其与蛋白质结合的核蛋白，在植物生活和遗传变异过程中有特殊的作用。②是叶绿素的组成元素。绿色植物利用光能将二氧化碳和水合成有机物质，称光合作用。缺少氮素会影响有机物的合成。③是植物体内许多酶的组成元素。酶是一类特殊的蛋白质，是植物体内各种物质转化的催化剂，控制着各种代谢过程。此外，氮还是一些维生素和生物碱的组分。

　　氮素不足或过量容易从作物长相上看出来。氮素不足时植株矮小，叶片小而薄，叶色浅绿甚至发黄，植株常出现早衰，禾谷类作物穗小，籽粒不饱满。氮素在植物体内可再度利用，缺氮时老叶中的蛋白质分解，氮素可供幼叶利用。因此，植株下部叶片先黄化，逐步向上部扩展， 可作为判别作物缺氮的显著特征之一。氮素过量时作物叶片肥大，颜色深绿，柔软多汁，茎秆细弱，贪青晚熟，易倒伏。棉田因叶片相互遮荫，通风透光差，蕾铃脱落严重。瓜果则糖分下降，不耐贮藏。马铃薯、甘薯则地上部旺长，结薯小而少。因此，必须合理施用氮肥。

　　除豆科作物能与根瘤菌共生，固定空气中的氮素外，绝大多数作物所需要的氮素来自土壤。土壤中的含氮化合物可分为有机态和无机态两大类。在耕层土壤中有机态氮占90%以上。因此，土壤有机质含量高的土壤，氮素含量也高。有机态氮主要存在于土壤腐殖质、动植物和微生物残体、施入的有机肥料中。有机态氮不能被作物直接吸收利用，必须经过土壤微生物分解为无机态氮才对作物有效。土壤无机态氮有铵态氮和硝态氮，是作物可以直接吸收利用的氮，称为速效氮。有机态氮的矿化是作物所需氮素的重要来源。

　　土壤和肥料中氮的转化包括水解作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固定。水解作用是指蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐渐分解为各种氨基酸。氨化作用是指土壤中的含氮有机物（如氨基酸）经微生物作用分解产生氨（nh3）的过程。氨溶于水生成铵离子（nh4+），可以被作物吸收，也可被土壤胶体吸附。硝化作用是指氨或铵盐在土壤硝化细菌作用下，转化为硝酸的过程。这个过程分两步进行，先在亚硝化细菌作用下，氨氧化成亚硝酸，在土壤通气良好的条件下，亚硝酸很少在土壤中积累，随即在硝化细菌作用下进一步氧化成硝酸。硝态氮也是作物容易吸收的氮，但硝酸根离子（no3-）不易被土壤胶体吸附，容易随水流失。反硝化作用是指硝酸离子被还原成亚硝酸，进一步还原成氮的氧化物（nox）和氮气而挥发损失。而反硝化作用是在土壤通气不良（如淹水），又有新鲜有机物存在时容易发生。氮的生物固定是指微生物在分解含氮有机物产生氨和硝酸过程中，也利用一部分供本身营养的需要，使氮素在微生物躯体中固定下来。一旦微生物死亡，经过其他微生物的分解，氮素可再释放利用。除了上述土壤氮素转化的生物化学过程外，某些物理的和化学的作用，如铵的吸附和解吸、铵的粘土矿物固定和释放，也应包括在氮素转化之列。对土壤氮素转化的了解，有助于合理施用氮肥，减少肥料中氮的损失，更好发挥氮肥的增产作用。