На некоторых почвах даже без внесения азота в форме минеральных и органических удобрений получают высокие урожаи основных сельскохозяйственных культур.
В связи с этим Костычев высказал мнение, что в почвах обитают бактерии, способные фиксировать атмосферный азот.
Первыми были выделены бактерии рода Azotobacter. Сразу же после их открытия началось изучение их физиологии и географического распространения.
Развитие Azotobacter в значительной степени зависит от содержания в почве органического вещества, реакции среды, наличия фосфора, калия и т. д. Органические вещества почвы служат источником энергии для развития азотобактера. Если почва богата органическим веществом, то численность азотобактера в ней высока.
Как отмечал Кристенсен (1926), азотобактер встречается в основном в почвах с нейтральной реакцией. Существует тесная взаимосвязь между распространением азотобактера и содержанием калия в почве. Ваксман на основании многочисленных исследований доказал, что в большинстве случаев отсутствие азотобактера — это результат кислой реакций почвенной среды. Установлено, что в почвах Болгарии при наличии оптимальных условий азотобактер развивается при pH > 6. Более кислая почва является основным фактором, тормозящим развитие этой бактерии.
Наличие фосфорной кислоты в почве абсолютно необходимо для развития азотобактера, поскольку фосфор стимулирует размножение бактерий и увеличивает их азотфиксирующую способность.
Калий также является необходимым элементом для Azotobacter. Почвы Болгарии достаточно им обеспечены, что содействует развитию бактерий.
В почвах азотобактер находится в различных, часто антагонистических взаимоотношениях с другими микроорганизмами. Антагонисты подавляют его развитие даже при благоприятных физических и химических свойствах почвы.
На численность азотобактера в почве влияет растительный покров, т. е. азотобактер находится в специфических взаимоотношениях с растениями. По Костычеву, бактерии, расположенные непосредственно в зоне корневой системы, создают благоприятные условия для развития азотобактера. Красильников делит растения на три группы: стимулирующие, подавляющие и безразличные к азотобактеру.
Степень фиксации азотобактером атмосферного азота зависит от количества и характера источника углерода, физико-химических свойств почвы, активности распространенных штаммов и других факторов. Подсчитано, что в результате жизнедеятельности азотобактера в почву в среднем за год поступает 30-50 кг/га усвояемого азота.
В процессе жизнедеятельности, кроме фиксации азота, азотобактер способен выделять стимуляторы роста и антибиотики, улучшающие развитие растений и повышающие плодородие почв.
Многие бактерии могут фиксировать азот даже в анаэробных условиях. Широкое распространение и большое значение имеют анаэробные бактерии рода Clostridium. Они развиваются почти во всех почвах и являются факультативными анаэробами.
Из свободноживущих анаэробных азотфиксаторов наиболее широко в почвах Болгарии распространен Az. chroococcum.
Данные о распространении азотобактера очень важны, поскольку позволяют определить количество азота, поступающего в почву за счет биологической азотфиксации. При большом количестве азота, поступающем в почву, следует уменьшить дозу вносимых азотных минеральных удобрений. Культивирование активных штаммов азотобактера позволило начать производство бактериального удобрения — азотогена, с успехом используемого во многих странах.
В Болгарии изучается распространение в почвах страны азотобактера и G. pasteurianum.
В возделываемых черноземах — высокая численность азотобактера, особенно в карбонатных типах почв, в типичных и выщелоченных черноземах она несколько снижается. Численность Az. chroococcum в черноземах существенно зависит от сезона и находится в отрицательной корреляции с количеством О. pasteurianum. В серых лесных почвах также происходят сезонные колебания численности азотфиксирующих бактерий. Количество Cl. pasteurianum в темно-серых лесных почвах примерно такое же, как и в черноземах, но снижается в серых и оподзоленных серых лесных почвах.
Az. chroococcum широко распространен в луговых коричневых почвах, меньше — в выщелоченных коричневых и полностью отсутствует в псевдоподзолистых (оподзоленных) коричневых почвах. G. pasteurianum густо заселяет луговые коричневые почвы.
Свободноживущие азотфиксаторы Az. chroococcum и Cl. pasteurianum широко распространены в почвах Болгарии. Их численность, а, следовательно, и количество азота, поставляемого в усвояемой форме, возрастают при улучшении условий развития микроорганизмов в почве.
Средняя азотфиксирующая активность распространенных в стране штаммов азотобактера составляет 20 мг N/г глюкозы. В почвы, богато заселенные азотобактером, в результате азотфиксации ежегодно может поступать до 50 кг, а при слабом заселении — от 20 до 30 кг N/га. Эти цифры могут быть значительно выше, если учитывать площади, засеянные бобовыми культурами, стимулирующими развитие азотобактера.
В Болгарии проводятся исследования по использованию нитрагина под различные культуры. Результаты опытов обнадеживающие.