Vi khuẩn là các sinh vật đơn bào với số lượng sống từ 100 triệu đến 3 tỷ trong một gram. Chúng có khả năng tái tạo rất nhanh bằng cách phân chia đôi trong điều kiện thuận lợi[1]. Trong điều kiện tối ưu, vi khuẩn có thể phát triển và phân chia cực nhanh, và quần thể vi khuẩn có thể tăng gấp đôi nhanh chóng trong 9,8 phút[2]. Hầu hết các vi khuẩn đất sống gần rễ cây trồng và thường được gọi là rhizobacteria. Vi khuẩn sống trong bùn, bao gồm cả màng độ ẩm xung quanh các hạt đất, và một số loài có thể bơi bằng tiên mao. Phần lớn các vi khuẩn có ích ở đất cần ôxy (và do đó được gọi là vi khuẩn hiếu khí), trong khi đó những vi khuẩn không cần không khí được gọi là vi khuẩn yếm khí và có xu hướng gây ra sự suy thoái chất hữu cơ. Các vi khuẩn hiếu khí hoạt động mạnh nhất trong đất ẩm ướt (nhưng không bão hoà vì điều này sẽ làm mất đi vi khuẩn hiếu khí trong không khí mà chúng cần) và pH đất trung tính và pH đất trung hoà, và nơi có rất nhiều thực phẩm (cacbohydrat và nguyên tố vi lượng từ chất hữu cơ) có sẵn. Các điều kiện không tốt sẽ không giết chết hoàn toàn vi khuẩn; Thay vào đó, vi khuẩn sẽ ngừng phát triển và đi vào giai đoạn ngủ đông, và những vi khuẩn có đột biến thích nghi có thể cạnh tranh tốt hơn trong điều kiện mới. Một số vi khuẩn Gram dương sản sinh ra bào tử để chờ đợi những trường hợp thuận lợi hơn, và các vi khuẩn Gram âm đi vào giai đoạn "không nuôi cấy được".

Theo quan điểm của người làm vườn hữu cơ, vai trò quan trọng của vi khuẩn là:

Nitrat hóa

Nitrat hóa là một phần quan trọng của chu trình nitơ, trong đó một số vi khuẩn (mà tự sản xuất cung cấp cacbohydrat của mình mà không sử dụng quá trình quang hợp) có thể biến đổi nitơ dưới dạng amoni, được tạo ra bởi sự phân hủy protein, thành nitrat, có sẵn cho cây trồng, và một lần nữa chuyển đổi thành protein.

Cố định đạm

Trong một phần khác của chu trình, quá trình cố định đạm liên tục đưa nitơ bổ sung vào lưu thông sinh học. Điều này được thực hiện bởi các vi khuẩn nitơ tự do sống trong đất hoặc nước như Azotobacter, hoặc những loài sống trong sự cộng sinh gần gũi với các cây họ đậu, chẳng hạn như rhizobia. Những vi khuẩn này hình thành các khuẩn lạc trong các nốt sần mà chúng tạo ra trên rễ đậu Hà Lan, đậu và các loài liên quan. Chúng có thể chuyển đổi nitơ từ khí quyển thành các chất hữu cơ chứa nitơ.[3]

Khử nitơ

Trong khi cố định nitơ từ khí quyển thành các hợp chất hữu cơ, một loạt các quá trình gọi là khử nitơ mang lại một lượng nitơ xấp xỉ với khí quyển. Các vi khuẩn khử phân huỷ có xu hướng là những vi khuẩn yếm khí, bao gồm Achromobacter và Pseudomonas. Quá trình tinh chế do các điều kiện không oxy chuyển nitrat và nitrit trong đất thành khí nitơ hoặc thành các hợp chất khí như dinitơ monoxit hoặc nitơ monoxit. Việc khử nitơ quá nhiều có thể dẫn đến tổn thất tổng thể của lượng nitơ trong đất và sự mất màu của đất. Tuy nhiên, nitơ cố định có thể lưu thông nhiều lần giữa các sinh vật và đất trước khi khử nitơ đưa nó vào khí quyển. Biểu đồ trên minh hoạ cho chu trình nitơ.

Xạ khuẩn

Xạ khuẩn có vai trò rất quan trọng trong sự phân huỷ của chất hữu cơ và sự hình thành của mùn, và sự có mặt của chúng chịu trách nhiệm cho sự hình thành một môi trường đất giàu dinh dưỡng. Chúng đòi hỏi nhiều không khí và pH giữa 6,0 và 7,5, nhưng chịu được điều kiện khô hơn hầu hết các loại vi khuẩn và nấm khác.