Fähigkeit der Kleearten zur Stickstoff-Fixierung
Im Gegensatz zu den meisten anderen Kulturpflanzen sind die Kleearten (Leguminosen) in der Lage, Luftstickstoff (N2) für ihre Ernährung zu verwenden. Diese Fähigkeit verdanken sie der Lebensgemeinschaft (Symbiose) mit den Knöllchenbakterien (Gattung Rhizobium). Diese besiedeln kleine, von Auge sichtbare Knöllchen auf den Wurzeln der Leguminose.
Die Knöllchenbakterien wandeln den Luftstickstoff mit speziellen Enzymen in eine für die Pflanze verwertbare Stickstoffverbindung (NH4+) um. Die Bakterien sind artspezifisch, das heisst, ein bestimmter Bakterienstamm vermag nur auf einer Pflanzenart oder einer Artengruppe zu leben. Als Gegenleistung liefert die Leguminose den Bakterien aus ihrer Photosynthese viele lebensnotwenige Kohlestoffverbindungen.
In erster Linie profitiert die Kleepflanze vom fixierten Stickstoff. Sie nutzt den reichlich vorhandenen Stickstoff zum Aufbau von Aminosäuren bzw. Eiweiss mit dem Resultat, dass Leguminosen einen besonders hohen Proteingehalt aufweisen. Ein Teil des Stickstoffs geht jedoch in den Boden und steht damit auch andern Pflanzen zur Verfügung (ist besonders wichtig für die Gräser). Die durch Knöllchenbakterien auf Kleearten fixierte und so für den Futterbau verfügbar gemachte Stickstoffmenge kann 50 – 300 kg N/ha betragen. Dadurch kommen die Kleearten ohne Zufuhr von Stickstoff aus Hof- und Handelsdüngern aus und die N-Düngung für den gesamten Kleegras-Bestand kann gegenüber reinen Gräserbeständen deutlich tiefer angesetzt werden.
Die N-Fixierung verschafft den Kleearten einen Konkurrenzvorteil gegenüber Gräsern und Kräutern. Dieser Vorteil wird durch eine Stickstoff-Düngung vermindert, weil davon nur die beiden andern Artengruppen profitieren. Das heisst, dass zu hohe Kleeanteile in einem Bestand unter anderem durch eine N-Düngung gebremst bzw. reduziert werden.
Phosphor ist wichtig für die Knöllchenbildung, deshalb benötigen alle Leguminosen eine genügende Versorgung mit P und K.