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1. 固氮作用：將氮轉變成氮化物的作用，N₂ ＋ 6H^＋ ＋ 6e^－ → 2NH₃。自然界的固氮作用方式，包括雷電作用和生物固氮，其中生物固氮約占85％。固氮生物包括共生性（例如，豆類根部的根瘤菌）和非共生性（例如，某些藍菌、好氧或厭氧細菌）微生物。

2. 氨化作用：指腐生菌或真菌等把土壤中的含氮有機物（如蛋白質等）氧化分解產生氨的過程，反應式為：蛋白質→胺基酸  CO₂ ＋ NH₃ ＋ H₂O ＋ ATP，反應過程中所產生的氨，可被土壤中的硝化細菌轉換成硝酸鹽（NO₃^－），即可被植物吸收。

3. 硝化作用：指在氧存在的狀態下，銨鹽被亞硝化菌和硝化菌，依次轉變成亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。

4. 脫氮作用：是指土壤中的硝酸鹽在缺乏氧氣或是土壤酸化時，被某些真菌或細菌轉變為氮、一氧化氮等氣體形式釋放至大氣中的作用。故土壤缺氧常會導致植物缺乏氮肥。