Nguồn dinh dưỡng sẵn có và độ phì nhiêu của đất cũng là vấn đề trong chăn thả luân canh. Nếu hệ thống đồng cỏ được gieo hạt với hơn 40% cây họ đậu, thì việc bón phân nitơ thương mại là không cần thiết cho sự phát triển của cây. Các cây họ đậu có thể cố định nitơ trong khí quyển, do đó cung cấp nitơ cho chúng và các loại cây trồng xung quanh. Mặc dù các gia súc gặm cỏ đã loại bỏ các nguồn dinh dưỡng khỏi hệ thống đồng cỏ khi chúng ăn các nguồn thức ăn thô xanh, phần lớn các chất dinh dưỡng mà đàn gia súc tiêu thụ được đưa trở lại hệ thống đồng cỏ thông qua phân bón.

Với tỷ lệ thả nuôi tương đối cao, hoặc tỷ lệ động vật trên một ha lên cao, phân bón sẽ được phân bố đều trên hệ thống đồng cỏ. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong các nguồn phân này phải đủ để đáp ứng yêu cầu của cây cối, làm cho việc bón phân thương mại không cần thiết. Hệ thống chăn thả luân canh thường liên quan đến tăng độ phì nhiêu của đất phát sinh vì phân là một nguồn chất hữu cơ phong phú làm tăng thể trạng của đất. Ngoài ra, các hệ thống đồng cỏ này ít bị xói mòn vì cơ sở đất đai có lớp phủ mặt đất liên tục trong suốt cả năm.

Mức độ nồng độ phân bón cao xâm nhập vào nguồn nước là mối quan tâm môi trường thích hợp liên quan đến các hệ thống nông nghiệp. Tuy nhiên, hệ thống chăn thả luân canh có hiệu quả làm giảm lượng chất dinh dưỡng di chuyển ra khỏi trang trại có khả năng gây suy thoái môi trường. Các hệ thống này được bón phân với các nguồn trong trang trại và ít bị rò rỉ hơn so với phân bón thương mại. Ngoài ra, hệ thống ít bị hấp thụ lượng dinh dưỡng dư thừa, do đó, phần lớn các chất dinh dưỡng được đưa vào hệ thống bằng các nguồn phân được sử dụng cho sự phát triển của cây. Các hệ thống đồng cỏ bền vững cũng có hệ thống rễ cỏ được thiết lập tốt hơn, sâu hơn, hiệu quả hơn trong việc hấp thụ các chất dinh dưỡng từ trong nền đất.