一、氮素
氮素是构成蛋白质的基本元素之一，是植物的主要营养原料。大气中含有大量的游离氮素，但却不能被植物直接利用。而固氮微生物却具有固定大气中氮素的能力，将游离态的氮素转变为植物可利用的结合态氨。因此，实现植物特别是禾谷类等有重要经济价值的作物的自身固氮，减少农业化肥特别是氮肥的用量，提高产量。
二、生物固氮
1.固氮蓝藻是一类低等原核植物，能固定空气中分子态氮成为氮素化合物，如田间开设氮肥厂，方便简单。且其孢子可以越过不适宜环境，只要一次投放，少量补充，就可连续多年有效，成本低且省工省力。其生长繁殖迅速，能在短时间内快速铺面表层，在水面上形成绿色地毯能有效抑制杂草萌发生长，其藻体沉入土壤后被作物根系吸收，改善土壤肥力和结构，不污染土壤、水与环境。它不仅可应用水稻生产，还可在花卉、无土栽培、大棚蔬菜上应用。固氮蓝藻特有的藻促生长素能促进作物茁壮生长，增强作物抵御病害的能力。
2.生物固氮作用是由共生、结合和自由生存的细菌将空气中的氮转化为氨的过程。生物的固氮作用的过程中需要固氮酶的催化作用才能完成，这种生理功能是固氮生物所特有的。生物固氮作用是氮循环的重要组成部分，因为它补充了生物圈的总氮含量，并补偿因反硝化而造成的损失。固氮量常常是限制作物产量的因素，随着世界人口的增长，全球农业需要确保粮食的产量。生物固氮在农业方面已有广泛的应用，提高农作物的固氮量使农作物的产量得到提高，对未来农业的发展具有非常重大的意义。
3.目前所发现的固氮生物是原核生物，已知的能够进行固氮作用的微生物有：细菌、蓝藻等。固氮生物分为自养型和异养型，其固氮方式分为三种：共生固氮、自生固氮、联合固氮。例如：根瘤菌、克雷伯菌、梭菌、罗氏杆菌、鱼腥藻。
4.固氮蓝藻的固氮作用需要固氮酶的催化作用，而固氮酶存在于一种特殊的细胞—异形胞，异形胞可以为固氮酶提供无氧环境，因此蓝藻固氮作用的主要场所是异形胞。异形胞和营养细胞是互相共存的，固氮蓝藻在氮充足的情况下不会分化成异形胞，只有受到缺氮胁迫时，在 30℃条件下，异形胞由营养细胞转化而来的特殊细胞。因此，具有固氮能力的标志是：异形胞。铁蛋白和钼铁蛋白是组成固氮酶的两种蛋白质，固氮酶对氧气特别敏感，如果遇到氧气固氮酶就会失去活性。固氮生物大多数是需氧生物，它们通过呼吸作用产生的能量来生存，利用氧气进行呼吸。由于固氮生物的固氮作用必须有固氮酶的参与，所以固氮作用需要在无氧的环境中才可以进行。成熟的异形胞的阻止外界氧气的进入，从而为固氮酶提供微氧环境。
5.人们对光合作用和生物固氮作用这两大研究领域给予了高度的关注，生物固氮作用的关注度仅次于对光合作用。从 19 世纪 60 年代首次发现固氮蓝藻，许多学者对蓝藻固氮作用进行研究，发现了海洋“新”氮素的来源是固氮蓝藻的固氮作用，对海洋生态系统的氮循环具有非常重要意义，固氮作用对全球气候方面也有影响作用。由于蓝藻的光合作用放出氧气 , 它是地球形成早期大气氧的主要提供者。而固氮蓝藻是指能固定大气中的游离氮并合成各种氮化物的蓝藻 , 固氮蓝藻的种类繁多 , 就至今做过研究或做过固氮力测定的种类就有150余种 和变种。常见的有含念珠藻属、单枝藻属 、鱼腥藻属 等。
6.固氮蓝藻的固氮量是很可观的，英国洛桑试验站 “ 波洛埃德巴 尔克” 试验区的小麦田不施肥取得蓝藻固氮量为 12 – 24 吨 氮每月亩产， 它们好似大自然中的天然生物氮肥厂，每年制造出大量的氮化合物，特别是在热带和亚热带地区，固氮蓝藻的分布广、密度大，如东南亚地区蓝藻厚达数厘米呈地毯状覆盖着田面。由于其生长繁殖迅速，能在短时间内快速铺遍表层，在水面上形成绿色地毯能有效抑制杂草萌发生长，其藻体沉人土壤后被作物根系吸收，改善土壤肥力和结构，不污染土壤、水与环境。
7.关于固氮蓝藻在农业生产上的应用始于 1939 年印度首次报道用固氮蓝藻肥田，之后许多研究证明稻田接种固氮蓝藻可增产。而国内黎尚豪的研究表明接种固氮 蓝藻后水稻平均增产超过15%，最高达33%,，是很有发展前景的晚稻肥源。稻田放养固氮蓝藻不但能为作物提供氮素和有机质、提高磷酸盐溶解度、减少水土污染,，还能向作物根部供氧，分泌植物激素及抑制杂草生长等，起到维持生态平衡和促进农业可持续发展的目的。特别是在全球变暖和农业面源污染严重的今天，可固氮固碳的蓝藻在农业生产和生态环境保护中的价值愈加凸显。随着蓝藻固氮农业应用基础研究的发展,，其在农业生产中的应用潜力正在得到更全面和深入的认识。同时， 固氮蓝藻在农业环境污染修复、农业病虫害防治、农业废弃物利用等方面的应用也成为当前的热点。