دورة النيتروجين هي انتقال هذا العنصر بين الغلاف الجوي والتربة والكائنات الحية والمياه عبر عمليات متتابعة. تشمل تثبيت غاز النيتروجين إلى مركبات قابلة للتفاعل، وتحويل الأمونيوم إلى نترات، وامتصاص النباتات للنيتروجين، ثم إعادته إلى التربة أو الغلاف الجوي بعمليات التحلل ونزع النيتروجين. تثبيت النيتروجين الحيوي عملية تحول فيها كائنات دقيقة غاز النيتروجين الجوي إلى مركبات يمكن إدخالها في الدورة الحيوية. تعيش بعض البكتيريا في عقد جذور البقوليات بعلاقة تكافلية مع النبات، فتزوده بالنيتروجين المثبت مقابل مواد عضوية، ولذلك استُخدمت البقوليات منذ القدم لتحسين خصوبة التربة. كفاءة استخدام النيتروجين تعبر عن مقدار ما يستفيد منه المحصول من النيتروجين المضاف مقارنة بما يدخل النظام الزراعي. تنخفض الكفاءة عندما يفقد النيتروجين بالغسل أو الجريان أو التطاير أو الانبعاثات، ويمكن تحسينها بضبط الجرعة والتوقيت ومكان الإضافة واختيار السماد وفق التربة والمحصول. الفصيلة البقولية من أكبر فصائل النباتات المزهرة وأكثرها أهمية زراعية، وتضم نحو ٢٣ ألف نوع معروف. تشمل نباتات غذائية واسعة الانتشار مثل الفول والبازيلاء والعدس والحمص والفول السوداني وفول الصويا، كما تستطيع أنواع كثيرة منها تثبيت النيتروجين في التربة بمساعدة بكتيريا تعيش في عقد جذورها. النيتروجين عنصر غذائي أساسي للنبات، يدخل في تكوين الأحماض الأمينية والبروتينات والكلوروفيل والمواد الوراثية. ورغم وفرة غاز النيتروجين في الغلاف الجوي، لا تستطيع معظم النباتات استخدامه مباشرة، بل تمتصه الجذور أساسًا في صورة نترات أو أمونيوم بعد تثبيته وتحوله في التربة.