Minéralisation et immobilisation
Lors de la décomposition des matières organiques , la dégradation des molécules organiques conduit à la libération de molécules inorganiques, c'est la minéralisation.
La dégradation de grosses molécules contenant de l'azote, comme les protéines issues des tissus végétaux, animaux ou microbiens, ou comme les biomolécules complexes des substances humiques, produit de petites molécules de chaînes carbonées et d'acides aminés. L'hydrolyse de ces acides aminés produira des ions inorganiques NH4+, qui se retrouvent alors dans la solution du sol.
Ces réactions de minéralisation ont lieu grâce à des enzymes extracellulaires spécifiques produites par les microorganismes du sol : différentes protéases et désaminases par exemple.
De la même manière, certains microorganismes produisent des enzymes spécialisées dans l'hydrolyse de composés organiques phosphatés, comme les enzymes « phytase » qui libèrent du phosphore inorganique à partir de molécules de phytate, composé complexe organique présent dans les graines des végétaux et qui s'accumule dans le sol.
Une fois qu'un ion nutritif est dans la solution de sol, il peut lui arriver différentes choses :
S'il se trouve à proximité d'une racine active, il peut être absorbé par la plante, qui en a besoin pour fabriquer sa biomasse (cas du N, P, S) ou pour faire fonctionner ces cellules et tissus (cas du K) (voir le grain "Absorption des nutriments par les plantes");
Il peut être absorbé par un microorganisme en activité qui se trouverait à proximité (qui peut être la cellule à l'origine de l'enzyme qui a libéré l'élément nutritif, ou une autre cellule), et qui a aussi besoin de nutriments pour fabriquer de la biomasse microbienne : c'est l'immobilisation ;
Il peut s'adsorber plus ou moins fortement sur le complexe d'échange ou à la surface des particules minérales et organiques du sol ;
Il peut être entraîné sous forme dissoute avec l'eau qui draine à travers le profil de sol et rejoindre ainsi les nappes phréatiques ou les eaux de surface : c'est la lixiviation (voir le grain "Pertes de nutriments") ;
Il peut subir une autre transformation chimique sous l'effet de nouvelles enzymes. Par exemple, l'ammonium est rapidement transformé en nitrate par l'action des microorganismes nitrifiants, qui tirent leur énergie de cette réaction
Lorsque des éléments nutritifs sont immobilisés par incorporation dans la biomasse microbienne, ils reprennent une forme organique et ils ne sont plus directement disponibles pour les plantes. Pour redevenir disponibles, ils doivent être de nouveau minéralisés grâce à la dégradation des produits d'origine microbienne, ou grâce à la consommation de ces microorganismes par des animaux de la microfaune (voir le grain " microbivorie et minéralisation").
Ce phénomène d'immobilisation peut être important en agriculture : en effet, lorsqu'il y a plus d'immobilisation que de minéralisation (on parle alors d'immobilisation nette), la solution de sol peut devenir temporairement très appauvrie en nutriments et les plantes ne peuvent alors plus satisfaire à leurs besoins. On connaît notamment ce phénomène pour l'azote ; on l'appelle couramment une « faim d'azote » (voir le grain "la faim d'azote").