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氮在自然界中的循环（微生物处理条件下）过程，类似于碳元素的循环，包括了所有的生物圈，即大气、岩界、水圈。蛋白质（细菌、植物、动物）先转化为氨或铵离子，再转化为亚硝酸盐、硝酸盐、氮气、氨或铵离子。整个循环过程分为４个步骤：氨化、硝化、解硝和固氮。其中亚硝基化合物是硝化过程中的最终产物－－硝酸盐的中介产物。为了对氮的循环过程进行全面的研究，必须得到纯净的固氮菌、硝化菌和解硝菌。