Le cycle des nutriments est l'un des processus les plus importants qui se produisent dans un écosystème. Le cycle des nutriments décrit l'utilisation, le mouvement et le recyclage des nutriments dans l'environnement. Des éléments précieux tels que carbone, l'oxygène, l'hydrogène, phosphoreet l'azote sont essentiels à la vie et doivent être recyclés pour que les organismes existent. Les cycles des nutriments incluent les deux vivant et les composants non vivants et impliquent des processus biologiques, géologiques et chimiques. Pour cette raison, ces circuits nutritifs sont connus sous le nom de cycles biogéochimiques.
Les cycles biogéochimiques peuvent être classés en deux types principaux: les cycles globaux et les cycles locaux. Des éléments tels que le carbone, l'azote, l'oxygène et l'hydrogène sont recyclés dans des environnements abiotiques, atmosphère, l'eau et le sol. L'atmosphère étant le principal environnement abiotique à partir duquel ces éléments sont récoltés, leurs cycles sont de nature globale. Ces éléments peuvent voyager sur de grandes distances avant d'être absorbés par des organismes biologiques. Le sol est le principal environnement abiotique pour le recyclage d'éléments tels que le phosphore, le calcium et le potassium. En tant que tel, leur mouvement se fait généralement sur une région locale.
Le carbone est essentiel à toute vie car il est le principal constituant des organismes vivants. Il sert de composant de base à tous polymères organiques, comprenant les glucides, protéines, et lipides. Les composés du carbone, tels que le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), circulent dans l'atmosphère et influencent les climats mondiaux. Le carbone circule entre les composants vivants et non vivants de l'écosystème principalement par le biais des processus de photosynthèse et de respiration. Les plantes et autres organismes photosynthétiques obtiennent du CO2 de leur environnement et l'utilisent pour construire des matériaux biologiques. Plantes, animaux et décomposeurs (les bactéries et champignons) renvoyer du CO2 dans l'atmosphère par la respiration. Le mouvement du carbone à travers les composants biotiques de l'environnement est connu sous le nom de cycle rapide du carbone. Il faut beaucoup moins de temps au carbone pour traverser les éléments biotiques du cycle qu'il lui faut pour traverser les éléments abiotiques. Cela peut prendre jusqu'à 200 millions d'années pour que le carbone se déplace à travers les éléments abiotiques tels que les roches, le sol et les océans. Ainsi, cette circulation de carbone est connue sous le nom de cycle lent du carbone.
Semblable au carbone, l'azote est un composant nécessaire des molécules biologiques. Certaines de ces molécules comprennent acides aminés et acides nucléiques. Bien que l'azote (N2) soit abondant dans l'atmosphère, la plupart des organismes vivants ne peuvent pas utiliser l'azote sous cette forme pour synthétiser des composés organiques. L'azote atmosphérique doit d'abord être fixé ou converti en ammoniac (NH3) par certaines bactéries.
L'oxygène est un élément essentiel aux organismes biologiques. La grande majorité de l'oxygène atmosphérique (O2) provient de photosynthèse. Les plantes et autres organismes photosynthétiques utilisent du CO2, de l'eau et de l'énergie lumineuse pour produire du glucose et de l'O2. Le glucose est utilisé pour synthétiser les molécules organiques, tandis que l'O2 est libéré dans l'atmosphère. L'oxygène est éliminé de l'atmosphère par les processus de décomposition et la respiration dans les organismes vivants.
Le phosphore est un composant de molécules biologiques telles que ARN, ADN, phospholipideset l'adénosine triphosphate (ATP). L'ATP est une molécule de haute énergie produite par les processus de respiration cellulaire et la fermentation. Dans le cycle du phosphore, le phosphore circule principalement dans le sol, les roches, l'eau et les organismes vivants. Le phosphore se trouve organiquement sous la forme de l'ion phosphate (PO43-). Le phosphore est ajouté au sol et à l'eau par le ruissellement résultant de l'altération des roches qui contiennent des phosphates. PO43- est absorbé du sol par les plantes et obtenu par les consommateurs par la consommation de plantes et d'autres animaux. Les phosphates sont réintroduits dans le sol par décomposition. Les phosphates peuvent également être piégés dans les sédiments des milieux aquatiques. Ces sédiments contenant du phosphate forment de nouvelles roches au fil du temps.