Un écosystème prospère fonctionne comme un système fermé, conservant les nutriments année après année. En revanche, les paysages agricoles tels que les champs de maïs exportent des nutriments essentiels via les cultures récoltées, brisant ainsi le cycle. Les forêts tropicales non perturbées conservent cependant la majeure partie de leur fertilité intacte car le bois récolté est minime et la matière organique reste in situ. Le problème est que de nombreux nutriments sont enfermés dans les débris végétaux et ne peuvent pas être directement absorbés par les racines.
Les bactéries constituent le groupe d’organismes le plus diversifié sur Terre, se développant dans des environnements allant des sources chaudes acides aux cheminées d’eaux profondes pauvres en oxygène. Au sein de cette diversité, un sous-ensemble, les décomposeurs, joue un rôle central dans le cycle des nutriments en décomposant la matière organique morte et en restituant les minéraux utilisables au sol.
Dans les sols des jardins, les bactéries décomposeuses transforment les résidus végétaux et animaux frais en humus, une matrice organique stable qui retient le carbone et améliore la fertilité à long terme. Les sols forestiers dépendent de ces microbes pour décomposer la litière ligneuse, empêchant ainsi l’accumulation de carbone sur le sol forestier et maintenant l’équilibre du CO₂ atmosphérique. De plus, de nombreux organismes supérieurs se nourrissent de ces bactéries, recevant ainsi les nutriments recyclés qui y sont stockés.
Au-delà de la décomposition, certaines bactéries convertissent activement l’azote atmosphérique (N₂) en formes disponibles pour les plantes telles que l’ammonium et le nitrate, un processus connu sous le nom de fixation biologique de l’azote. Les représentants les plus connus appartiennent au genre Rhizobium, formant des nodules symbiotiques sur les racines des légumineuses, mais d'autres genres (par exemple Azotobacter, Frankia) remplissent des fonctions similaires. Ce processus est vital car l'azote peut être perdu dans l'atmosphère par dénitrification ou volatilisation; Les microbes fixateurs d'azote le récupèrent et le recyclent dans le sol.