养分循环是生物地球化学循环的核心组成部分，通过土壤、植物、草食动物和肉食动物之间的多级传输实现物质再利用。植物通过根系吸收土壤中的无机养分，经光合作用转化为有机物后，通过食物链逐级传递给初级消费者（草食动物）和次级消费者（肉食动物）。动植物残体经分解者作用将有机质重新矿化为无机物回归土壤，形成了闭合循环通路。不同生态系统类型中循环速率差异显著，例如寒温带针叶林凋落物分解需数年，而热带雨林仅需半年即可完成。该循环维持着生态系统的养分平衡，其中约80%的森林养分通过凋落物归还土壤。

生态系统中养分元素通过三级传输路径完成循环：植物通过根系吸收土壤中的氮、磷等元素，经生物合成构建自身组织。草食动物取食植物组织获取养分后，约30%的摄入量通过代谢活动转化为动物生物量。

分解者在循环末端发挥关键作用，微生物群落将动植物残体中的蛋白质、纤维素等有机化合物分解为氨基酸、单糖等小分子物质，最终矿化成可溶性无机盐。联邦德国水青冈林的研究表明，每年通过凋落物归还土壤的钙元素达72kg/ha，占年吸收总量的93%。

寒温带针叶林因年均温低于10℃，凋落物分解速率仅为热带雨林的1/8。其凋落物层厚度可达20cm，分解周期超过5年，导致大量养分储存在未分解有机物中。热带雨林高温高湿环境促使分解速率达到每月8-12g/m2，可实现当年凋落物完全分解。

干旱草原生态系统呈现脉冲式循环特征，雨季时微生物活性增强可使凋落物分解速率显著提升。研究发现，典型温带草原凋落物年分解率为63%，而热带草原可达89%。

降水淋溶导致叶部养分向根系转移，雨季时钾元素淋失量可达年循环总量的25%。人类活动干扰显著影响循环完整性，森林采伐可使氮元素年流失量增加20倍。

稳定生态系统中约95%的养分处于动态循环状态，仅5%通过地表径流等途径外流。这种自我维持机制使成熟森林即使在不施肥条件下仍能保持高水平的年净初级生产力。