氮、磷、硫等从矿质态被生物同化为有机态等的过程。这仅指土壤中矿质态氮、磷、硫被微生物同化的作用，它和矿化作用相伴进行但方向相反。这两个作用的相对速率决定了土壤中有效性氮、磷、硫养分的含量。当矿化作用速率大于生物固持作用速率时，土壤中矿质态氮、磷、硫量增多，可以为作物提供较多的有效养分，称为净矿化；当生物固持作用速率大于矿化作用速率时，土壤中矿质态氮、磷、硫逐渐转化成有机态，有效养分含量降低，称为净固定。农业上最早引起人们注意的是氮的生物固持作用。微生物在分解有机物的同时，需要一定量的氮、磷、硫合成自己的躯体。当含氮量低的植物残体进入土壤分解时，由于生物固持作用，将引起生长在土壤上的作物明显缺氮。1921年哈钦森（H.G.Hutchinson）和理查兹（E.H.Richards）首先提出了“氮素因子”一词，作为各种植物残体堆制堆肥时应补施化学氮肥的指标。1929年诺曼（A.G.Norman）等将氮素因子定义为“100克植物残体分解时将固持的矿质态氮的克数”。谷类作物秸秆和其他低氮植物残体的氮素因子为0.9～1.5。凡是影响土壤微生物活性的因素都能影响土壤中生物固持作用的进程。归纳起来有两个方面：一是土壤环境因素，包括温度、水分、pH、通气状况等；二是有机物质的含量、组成和性质，包括有机碳，特别是有效性碳的数量以及C/N、C/P、C/S等。一般来说，土壤C/N、C/P或C/S比值越大，越有利于氮、磷或硫的生物固持。有机残体的C/N≥30、C/P≥300、C/S≥400时，将分别发生氮、磷、硫的净生物固持作用；反之，有机残体的C/N≤20、C/P≤200、C/S≤200时，则分别发生氮、磷、硫的净矿化作用。当有效能源一定时，环境条件越有利于微生物的生命活动，生物固持作用的速率越快，由净固持转入净矿化的时间越早；在微生物活动最适宜的环境条件下，有效能源越多，生物固持量越高。