Связывание свободного азота атмосферы имеет крупнейшее значение в балансе азота почвы, практически еще далеко не достаточно оцененное и, можно сказать, совершенно не проработанное с точки зрения приемов регулирования хода этого процесса в почве.
По существу этот процесс дает почве то же, что азотная промышленность, но только в иной форме, именно в форме органического азота, который дальше уже минерализуется в процессе нитрификации.
В настоящее время известны три группы микроорганизмов, связывающих атмосферный азот: Вас. radicicola — клубеньковая бактерия, живущая в клубеньках на корнях различных бобовых растений, и две группы бактерий, свободно живущих в почве: аэробные — Azotobacter и анаэробные — Clostridium.
Широкое развитие посевов бобовых (клевера, люцерны, гороха и т. д.) как метод обогащения почвы азотом основывается именно нa использовании работы В. radicicola.
Значение для растений жизнедеятельности Azotobacter и Clostridium было окончательно доказано классическим опытом Tрюфо и Бессонова. Они посеяли кукурузу в песок, снабженный всеми элементами пищи растений, за исключением азота, причем в одном случае песок был стерилен, а в другом искусственно заражен Azotobacter и Clostridium. Учет количества азота в выросших растениях показал следующее: стерильная культура — 16,2—20,9 мг и зараженная культура — 170,1—394,8 мг. Во втором случае весь избыток азота мог поступить в растение только за счет жизнедеятельности азотособирателей — бактерий.
Весьма подробному изучению, с этой точки зрения, были подвергнуты почвы крымских табачных плантаций (Костычев). Оригинальность этого случая заключается в том, что здесь десятилетиями выращивается бессменно табак без удобрения и никакого азотного голодания не заметно. Определение валового азота на плантациях разного возраста и в разные годы дало следующую картину:

Иначе говоря, старая плантация оказывается значительно богаче азотом, а по годам идет не истощение, а накопление азота.
Единственным источником такого обогащения может быть только работа азотособирающих бактерий. И действительно, прямое исследование почв показало чрезвычайное богатство их обоими видами азотособирателей.
Определение энергии их жизнедеятельности на кремневых пластинках показало, что они могут мобилизовать значительные количества азота, а именно: из почвы целины 1,7—3,4 мг и из почвы орошаемой 8,6—9,1 мг за 10 дней. Мы видим, что орошаемая почва значительно более активна, чем целина. При этом оказалось, что при орошении посменно и с равной энергией работают то Azotobacter, то Clostridium, в зависимости от условий аэрации почвы.
Усвоение азота на кремневой пластинке с маннитом, по Виноградскому, может достигать 20 мг на 1 г почвы за 10 дней. Если бы в природе когда-либо могла осуществиться такая интенсивность процесса, то слой почвы толщиной в 10 см на площади в 1 га получил бы за 10 дней 24 т азота. Наши почвы превратились бы тогда немедленно в злостные азотнокислые солончаки, борьба с которыми обычными методами стала бы совершенно непосильной.
К сожалению в действительности, как общее правило, жизнедеятельность азотособирателей оказывается настолько слабой, что наши почвы всегда испытывают в первую очередь азотный минимум. Причина этого заключается, с одной стороны, в некоторых физиологических особенностях азотособирателей, а с другой — в неумении создать для работы бактерий подходящую обстановку.
Характерной физиологической чертой азотособирателей является то, что они очень чувствительны к кислой реакции среды и не развиваются ниже pH, равной 5,8. Соответственно этому, как правило, азотособирателей совсем нет в наших северных целинных землях. Вместе с тем эти бактерии требуют для своего развития извести. Поэтому например Христензен считает, что реакция на Azotobacter является хорошим показателем потребности почвы в известковании.
В южных почвах азотособиратели развиты широко. Благоприятными предпосылками здесь для них являются насыщенность почв кальцием и значительная солеустойчивость бактерий. Американцы характеризуют последнюю следующими величинами:

Мы видим, что азотособиратели гораздо более солевыносливы, чем бактерии нитрификации. Особенно обращает на себя внимание их терпимость к соде. Вероятно в связи с этим стоит чрезвычайно оригинальное распределение Azotobacter в солонцовых комплексах и в толще солонцов (Келлер). Так в комплексе черноземной зоны было наблюдено следующее распределение числа бактерий:

Иначе говоря, максимум приходится на наиболее злостный корковый солонец.
Распределение азотособирателей по глубинам глубокостолбчатого солонца было установлено следующее:

Другими словами, бактерии оказываются проникшими вообще чрезвычайно глубоко в почву, и максимум их сосредоточен в горизонте, обычно сильно щелочном.
Еще одна физиологическая черта Azotobacter является чрезвычайно важной практически — это крайняя устойчивость его к высушиванию. Омелянский показал, что культура, хранившаяся у него в течение 10 лет в сухом виде, дала отрастание при перенесении в питательную среду. Во второй генерации эта культура продуцировала 3,46 мг азота против 4,13 мг свежей культуры, т. е. активность ее практически достигла первоначальной. Это свойство нам представляется особенно важным для южных и в частности ирригационных районов: здесь часто летом почва пересыхает до такой степени, что очень многие микроорганизмы гибнут, тогда как Azotobacter следовательно будет сохраняться и возобновлять свою полезную деятельность.
Некоторому исследованию вопрос об азотособирателях подвергнут в Средней Азии. Оказалось прежде всего, что в целинных сероземах Azotohnetor нет, не развивается он и при обработке почвы без орошения. В противоположность этому на орошаемых полях Azotobасtеr обилен. Иллюстрацией к этому служат следующие данные, полученные в Пахта-Арале (Голодная степь, Кононова, табл. 101).

Таблица наглядно показывает следующее: 1) азотобактер начинает развиваться в почве с первого же года орошения. Заносится он сюда оросительной водой; 2) энергия его работы возрастает в первые годы культуры, что видно из сравнения цифр по хлопку 1924, 1926, 1927 годов и первого года орошения.
Весьма любопытно, что глубина проникновения азотобактера в толщу почвы тесно увязывается с возрастом орошения. Это наглядно показано на чертеже 76, на котором цифры слева показывают глубины, на которых обнаружен азотобактер, а цифры справа — величина связывания азота в миллиграммах.

В условиях Бухары исключительно глубокое распространение азотобактера определяется тем, что самые почвы здесь представляют собой ирригационные наносы, отложившиеся в результате векового орошения. Парадоксальным является то обстоятельство, что и на глубинах более 1,5 м бактерии сохраняют ту же активность, что и в верхних слоях почвы.
Резюмируя все изложенное выше об азотособирателях, можно с уверенностью думать, что при правильном использовании этой природной силы наши поля, и в частности хлопковые, не испытывали бы того азотного дефицита, в котором они находятся теперь. Изучение вопроса об учете и регулировании деятельности азотособирателей должно явиться актуальной задачей наших исследовательских учреждений.