Stikstoffixatie is het proces waarbij stikstof uit zijn stabiele gasvorm (N2 ) in de lucht wordt gehaald en wordt omgezet in andere stikstofverbindingen (zoals ammoniak, nitraat en stikstofdioxide) die nuttig zijn voor andere chemische processen. Het is een belangrijk onderdeel van de stikstofcyclus.
Stikstof wordt op biologische en niet-biologische wijze vastgelegd:
Cyanobacteriën komen in de meeste milieus op aarde voor. Zij spelen een sleutelrol in de koolstof- en stikstofcyclus van de biosfeer. Cyanobacteriën gebruiken vele bronnen van gecombineerde stikstof, zoals nitraat, nitriet, ammonium, ureum of sommige aminozuren.
Verscheidene cyanobacteriën zijn ook diazotrofen die stikstof uit de lucht kunnen binden. Dit vermogen kan al aanwezig zijn geweest bij hun laatste gemeenschappelijke voorouder in het Archeen. Cyanobacteriën in koraalriffen kunnen tweemaal zoveel stikstof binden als op het land - ongeveer 1,8 kg stikstof per hectare per dag. De koloniale mariene cyanobacterie Trichodesmium kan op zo'n grote schaal stikstof binden dat zij wereldwijd bijna de helft van de stikstofbinding in mariene systemen voor haar rekening neemt.
Planten die bijdragen tot stikstoffixatie zijn onder meer de peulvruchtenfamilie - Fabaceae - met taxa als kudzu, klavers, sojabonen, alfalfa, lupine, pinda's en rooibos. Zij hebben symbiotische bacteriën, Rhizobia genaamd, in knobbels in hun wortelstelsels, die stikstofverbindingen produceren die de plant helpen groeien en concurreren met andere planten. Wanneer de plant sterft, komt de gefixeerde stikstof vrij, waardoor deze beschikbaar komt voor andere planten en dit helpt de bodem te bemesten. De meeste peulvruchten hebben deze associatie, maar enkele geslachten (bv. Styphnolobium) niet. In de traditionele landbouwpraktijk worden akkers geroteerd met verschillende soorten gewassen, waaronder meestal één die hoofdzakelijk of geheel uit klaver of boekweit bestaat (niet-leguminosenfamilie Polygonaceae), die vaak "groenbemesters" worden genoemd.
Hoewel de meeste planten die stikstoffixerende wortelknolletjes kunnen vormen tot de vlinderbloemigen behoren, zijn er enkele uitzonderingen:
Al deze families behoren tot de ordes Cucurbitales, Fagales en Rosales, die samen met de Fabales een clade vormen. In deze clade waren de Fabales de eerste stam die zich vertakte; het vermogen om stikstof te binden ging dus verloren bij de meeste afstammelingen van de oorspronkelijke stikstofbindende plant.
Biologische stikstoffixatie werd ontdekt door Hermann Hellnegel (1831-1895) en Martinus Beijerinck (1851-1931).
