ในระบบนิเวศ นอกจากมีการถ่ายทอดพลังงานในระบบแล้ว ยังมีการหมุนเวียนของสารเป็นวัฏจักรเกิดควบคู่กันไปตลอดเวลา วัฏจักรของสารในระบบนิเวศที่สำคัญ ได้แก่ วัฏจักรไนโตรเจน วัฏจักรคาร์บอน และวัฏจักรน้ำ

1. วัฏจักรไนโตรเจน

ธาตุไนโตรเจนเป็นธาตุองค์ประกอบที่สำคัญในกรดอะมิโน กรดนิวคลีอิก แอมโมเนีย ยูเรีย วิตามิน สารประกอบไนเตรต ไนไตรต์ และคลอโรฟิลล์ ไนโตรเจนมีการหมุนเวียนเป็นวัฏจักร เรียกว่า วัฏจักรไนโตรเจน ด้วยกระบวนการที่สำคัญคือ การตรึงไนโตรเจน การเปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย การเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียเป็นไนไตรต์และไนเตรต และการเปลี่ยนไนเตรตกลับเป็นแก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศ

ตัวอย่างวัฏจักรไนโตรเจน เช่น

- ปรากฏการณ์ฟ้าแลบ ทำให้ไนโตรเจนในอากาศทำปฏิกิริยากับออกซิเจน กลายเป็นไนตริกออกไซด์ ละลายในน้ำฝนเป็นกรดไนตริก ซึ่งทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุในดินได้สารประกอบไนเตรต​
- แบคทีเรียไรโซเบียมที่อาศัยในรากถั่ว ตรึงไนโตรเจนในอากาศ เปลี่ยนเป็นไนไตรตในดิน​
- สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน จะตรึงไนโตรเจนในแหล่งน้ำ
- ถ้าพืชขาดไนโตรเจน จะทำให้ใบแก่มีสีเหลืองซีด เรียกว่า คลอโรซิส เพราะมีคลอโรฟิลล์น้อยหรือไม่มีเลย​
- แก๊สไนโตรเจน เป็นแก๊สที่มีมากที่สุดในบรรยากาศ

2. วัฏจักรคาร์บอน

คาร์บอน เป็นองค์ประกอบในสิ่งมีชีวิต โดยเป็นธาตุพื้นฐานในคาร์โบไฮเดรต ลิพิด โปรตีน และเป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในระบบนิเวศ เช่น เป็นส่วนประกอบของฮิวมัสในดิน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สธรรมชาติ เช่น มีเทน และสารประกอบปิโตรเลียม

ตัวอย่างการหมุนเวียนของธาตุคาร์บอน เช่น

- พืชนำแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง ได้ผลิตภัณฑ์ประเภทแป้ง และน้ำตาลกลูโคส เก็บสะสมไว้ในส่วนต่างๆ ของพืช
- มนุษย์และสัตว์บริโภคพืช ทำให้คาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในสารอาหารที่มนุษย์และสัตว์กินเข้าไป ถูกนำไปใช้สร้างเนื้อเยื่อเก็บสะสมไว้ และถูกกำจัดออกมาทางระบบหายใจในรูปแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และระบบขับถ่ายในรูปของกากใยอาหาร
- เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์จะย่อยสลายสารอินทรีย์ ทำให้คาร์บอนที่อยู่ในสิ่งมีชีวิตถูกปล่อยสู่บรรยากาศ ในรูปของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนซากสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ จะเกิดการทับถมในสภาวะที่เหมาะสม เกิดเป็นส่วนประกอบของดิน สารประกอบคาร์บอเนต และสารปิโตรเลียม ซึ่งสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศสามารถหมุนเวียนนำกลับมาใช้ได้อีก
- แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง การเผาป่า และการหุงต้มอาหาร ทำให้ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มีปริมาณสูง ซึ่งมีผลต่อการดูดกลืนรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ ทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยบริเวณผิวโลกเพิ่มขึ้นกว่าปกติ จึงเกิดภาวะโลกร้อน ซึ่งมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศของโลก และส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกด้วย

3. วัฏจักรน้ำ

น้ำมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศเป็นอย่างยิ่ง เป็นปัจจัยในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ซึ่งเป็นผู้ผลิตในระบบนิเวศ การหมุนเวียนของน้ำมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการระเหย การควบแน่น การกลั่นตัว  ดังนี้

- ไอน้ำในบรรยากาศได้จากการคายน้ำของพืช การหายใจของคนและสัตว์ การระเหยของน้ำในดิน น้ำที่ผิวดิน และการระเหยของน้ำในแหล่งต่าง ๆ
- ไอน้ำในบรรยากาศ (เมฆ, หมอก) จะควบแน่นและกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ (ฝน, น้ำค้าง) กลับสู่พื้นผิวโลก
- การเกิดวัฏจักรของน้ำ ทำให้ระบบนิเวศเกิดความชุ่มชื้น พืชได้รับความชื้นช่วยในการงอกและเจริญเติบโต และพืชยังใช้น้ำเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง

น้ำช่วยปรับอุณหภูมิของโลกให้เหมาะสม จากกระบวนการเกิดวัฏจักรของน้ำ โดยผ่านกระบวนการระเหย การคาบแน่น และการกลั่นตัว

เรียบเรียงโดย : ปิตุพร พิมพาเพชร