El ciclo de nutrientes es uno de los procesos más importantes que ocurren en un ecosistema. El ciclo de nutrientes describe el uso, movimiento y reciclaje de nutrientes en el medio ambiente. Elementos valiosos como carbónoxígeno oxígeno fósforo, y el nitrógeno son esenciales para la vida y deben reciclarse para que existan organismos. Los ciclos de nutrientes incluyen ambos vivo y componentes no vivos e involucran procesos biológicos, geológicos y químicos. Por esta razón, estos circuitos de nutrientes se conocen como ciclos biogeoquímicos.
Los ciclos biogeoquímicos se pueden clasificar en dos tipos principales: ciclos globales y ciclos locales. Elementos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno se reciclan a través de entornos abióticos, incluido el atmósfera, agua y tierra. Dado que la atmósfera es el principal entorno abiótico del que se obtienen estos elementos, sus ciclos son de carácter global. Estos elementos pueden viajar grandes distancias antes de que sean absorbidos por organismos biológicos. El suelo es el principal entorno abiótico para el reciclaje de elementos como el fósforo, el calcio y el potasio. Como tal, su movimiento es típicamente sobre una región local.
El carbono es esencial para toda la vida, ya que es el componente principal de los organismos vivos. Sirve como componente principal para todos polímeros orgánicos, incluyendo carbohidratos, proteínasy lípidos. Los compuestos de carbono, como el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4), circulan en la atmósfera e influyen en los climas globales. El carbono circula entre los componentes vivos y no vivos del ecosistema principalmente a través de los procesos de fotosíntesis y respiración. Las plantas y otros organismos fotosintéticos obtienen CO2 de su entorno y lo usan para construir materiales biológicos. Plantas, animales y descomponedores (bacterias y hongos) devuelve CO2 a la atmósfera a través de la respiración. El movimiento del carbono a través de los componentes bióticos del medio ambiente se conoce como el ciclo rápido del carbono. Al carbono le lleva mucho menos tiempo moverse a través de los elementos bióticos del ciclo que a los elementos abióticos. Puede tomar hasta 200 millones de años para que el carbono se mueva a través de elementos abióticos como rocas, tierra y océanos. Por lo tanto, esta circulación de carbono se conoce como el ciclo lento del carbono.
Similar al carbono, el nitrógeno es un componente necesario de las moléculas biológicas. Algunas de estas moléculas incluyen aminoácidos y ácidos nucleicos. Aunque el nitrógeno (N2) es abundante en la atmósfera, la mayoría de los organismos vivos no pueden usar nitrógeno de esta forma para sintetizar compuestos orgánicos. El nitrógeno atmosférico primero debe ser fijado o convertido en amoníaco (NH3) por ciertas bacterias.
El oxígeno es un elemento esencial para los organismos biológicos. La gran mayoría del oxígeno atmosférico (O2) se deriva de fotosíntesis. Las plantas y otros organismos fotosintéticos usan CO2, agua y energía lumínica para producir glucosa y O2. La glucosa se usa para sintetizar moléculas orgánicas, mientras que el O2 se libera a la atmósfera. El oxígeno se elimina de la atmósfera a través de procesos de descomposición y respiración en organismos vivos.
El fósforo es un componente de moléculas biológicas como ARN, ADN, fosfolípidosy adenosina trifosfato (ATP). El ATP es una molécula de alta energía producida por los procesos de respiración celular y fermentación. En el ciclo del fósforo, el fósforo circula principalmente a través del suelo, rocas, agua y organismos vivos. El fósforo se encuentra orgánicamente en forma de ion fosfato (PO43-). El fósforo se agrega al suelo y al agua por la escorrentía resultante de la erosión de las rocas que contienen fosfatos. PO43- es absorbido del suelo por las plantas y obtenido por los consumidores a través del consumo de plantas y otros animales. Los fosfatos se agregan nuevamente al suelo a través de la descomposición. Los fosfatos también pueden quedar atrapados en sedimentos en ambientes acuáticos. Estos sedimentos que contienen fosfato forman nuevas rocas con el tiempo.