Un ecosistema fiorente funziona come un sistema chiuso, conservando i nutrienti anno dopo anno. Al contrario, i paesaggi agricoli come i campi di mais esportano nutrienti essenziali attraverso i raccolti, interrompendo il ciclo. Le foreste pluviali indisturbate, tuttavia, mantengono intatta gran parte della loro fertilità perché il legname raccolto è minimo e la materia organica rimane in situ. La sfida è che molti nutrienti sono bloccati nei detriti vegetali e non possono essere assorbiti direttamente dalle radici.
I batteri sono il gruppo più diversificato di organismi sulla Terra, che prosperano in ambienti che vanno dalle sorgenti termali acide alle sorgenti marine profonde povere di ossigeno. All'interno di questa diversità, un sottoinsieme, i decompositori, svolge un ruolo fondamentale nel ciclo dei nutrienti scomponendo la materia organica morta e restituendo minerali utilizzabili al suolo.
Nei terreni dei giardini, i batteri decompositori trasformano i residui vegetali e animali freschi in humus, una matrice organica stabile che blocca il carbonio e migliora la fertilità a lungo termine. I terreni forestali fanno affidamento su questi microbi per decomporre la lettiera legnosa, prevenendo l’accumulo di carbonio sul suolo forestale e mantenendo l’equilibrio atmosferico di CO₂. Inoltre, molti organismi superiori si nutrono di questi batteri, ricevendo così i nutrienti riciclati immagazzinati al loro interno.
Oltre alla decomposizione, alcuni batteri convertono attivamente l’azoto atmosferico (N₂) in forme disponibili per le piante come ammonio e nitrato, un processo noto come fissazione biologica dell’azoto. I rappresentanti più noti appartengono al genere Rhizobium, che forma noduli simbiotici sulle radici delle leguminose, ma altri generi (ad es. Azotobacter, Frankia) svolgono funzioni simili. Questo processo è vitale perché l'azoto può essere perso nell'atmosfera tramite denitrificazione o volatilizzazione; i microbi che fissano l'azoto lo recuperano e lo riciclano nel terreno.
