Применение новых методов исследования привело к существенному расширению знаний в области экологии азотфиксации. Одно из важнейших достижений — обнаружение повышенной азотфиксирующей активности в фитоплане (ризосфере и филло-сфере) небобовых растений, получившей название «ассоциативная азотфиксация». Сама возможность активизации азотфиксации в прикорневой зоне небобовых растений была предсказана еще в 1926 г. С. П. Костычевым и экспериментально подтверждена различными исследованиями при использовании балансового метода (Брэдбокский опыт в Англии, опыт Прянишникова в России, опыт «вечная» рожь в Германии).
Бессменное возделывание небобовых культур не приводило к существенному снижению содержания азота в почве,несмотря на ежегодное отчуждение его с урожаем, тогда как в пару количество гумуса и азота в почве непрерывно уменьшалось. Хотя при ассоциативной азотфиксации микроорганизмы и растения не вступают в такое тесное взаимодействие, как в симбиотических системах, в целом она имеет примерно те же экологические особенности — активность азотфиксации меняется по мере развития растений, достигая максимума в периоды бутонизации и цветения и снижаясь во время созревания.
Первоначально внимание уделялось взаимодействию нескольких азотфиксирующих бактерий (Spirillum lipoferum, Azospirillum brasilense и др.) с корневой системой тропических злаковых растений. Однако утверждение об уникальности свойств азоспирилл оказалось сильно преувеличенным. В настоящее время имеются сведения о фиксации азота ризосферой риса, кукурузы, сорго, пшеницы, а также некоторых видов тропических трав. В целом известно более 200 видов небобовых растений, фиксирующих азот атмосферы с помощью микроорганизмов ризосферы.
Изучение особенностей ассоциативной азотфиксации показало большую ее экологическую значимость — именно этим путем, вероятнее всего, происходит пополнение фонда доступного азота в большинстве природных экосистем. Однако симбиоз клубеньковых бактерий (Rhizobium) с бобовыми растениями наиболее продуктивен; при оптимальных условиях величина биологической фиксации азота достигает 300 кг/га в год и более.
Точное определение общего количества фиксируемого биологическим путем азота затруднено из-за разнородности азотфиксирующих организмов, постоянного изменения их количества и неоднородности окружающей среды, в которой они функционируют.
Суммарная годовая продукция азотфиксации в наземных экосистемах 175—190 млн т, из которых 90—ПО млн т приходится на почвы сельскохозяйственных угодий (Мишустин, 1983). Ежегодный вынос азота из почвы с продукцией сельского хозяйства составляет 110 млн т. Следовательно, основная масса азота в урожае (70—75 %) представлена азотом «биологическим» и азотом минерализующегося органического вещества почвы.
Велика теоретическая и практическая значимость азотфикса-ции. Процесс азотфиксации изучали такие выдающиеся ученые, как Ж. Буссенго, М. Бейерник, Г. Гельригель, Г. Вильфорт, М. С. Воронин, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, Д. Н. Прянишников и многие другие. Д. И. Менделеев и К. А. Тимирязев также уделяли большое внимание азотфиксации.
Выступая в 1890 г. с публичной лекцией об источниках азота растений, К. А. Тимирязев говорил: «Немного найдется явлений, где бы так ясно определилась взаимная роль теории и практики, как в тех исследованиях, в которых научные вопросы о происхождении азота у растений неразрывно сливались с чисто практическими вопросами о пользе возделывания клевера и вообще бобовых».
В ряде институтов России проведены многочисленные исследования по вопросам симбиотической фиксации молекулярного азота атмосферы, созданию коллекции наиболее эффективных штаммов микроорганизмов. Весьма важными для повышения уровня биологической азотфиксации являются генетические исследования, начатые с конца 50-х годов. Генетико-селекционные основы азотфиксирующего симбиоза бобовых растений с клубеньковыми бактериями впервые в отечественной литературе представлены в монографии «Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции», вышедшей в 1998 г. под редакцией И. А. Тихоновича и Н. А. Проворова. Авторы отмечают, что многие растения, грибы и животные могут вступать в симбиоз с азот-фиксаторами, что существенно расширяет экологические возможности как микросимбионта (который уходит от конкуренции с сапрофитной микрофлорой и получает доступ к легкоусвояемым источникам питания), так и хозяина (для которого открывается возможность жить в условиях дефицита или даже полного отсутствия связанного азота). Наиболее тесно метаболическая интеграция партнеров осуществляется в условиях эндосимбиозов.
