Не менш актуальною є оптимізація продуктивності сільськогосподарських культур у польових умовах. Відкрито і досліджено явище інтенсивної фіксації вуглекислоти листками рослин, які ростуть на солонцях, за рахунок функціонування тканин, що фіксують CO2 за С4-типом у день і за САМ (КАМ)-типами вночі. Такий принцип цілодобової фіксації CO2 ґрунтується на кооперації фотоавтотрофних тканин. Це явище інтенсивно розвивається у період найбільшого додаткового перепаду температур на солонцевих ґрунтах. Значну увагу приділяють конструюванню фотопенетратного ценозу, що складається з рослин, усі яруси листків яких освітлюються сонцем.

Отже, цикли вуглецю при фотосинтезі так, як і цикли азоту, є основою продукційного процесу. Завдяки використанню в дослідженнях методів ізотопної індикації та газової хроматографії розширені й поглиблені знання про основні процеси кругообігу азоту.

Сучасне рослинництво може нині розвиватися лише на основі нових досягнень біотехнології — науки про використання біологічних процесів в індустріальному виробництві господарсько корисних продуктів. На основі загальної біотехнології формується основний аспект цієї науки, своєрідна ґрунтова біотехнологія. Це актуально для більшої частини сільськогосподарських угідь, де відбувається інтенсивна деградація ґрунтів. Вона проявляється через ерозію, вторинне засолення у зрошуваному землеробстві, зростання кислотності, втрати гумусу та агрономічно цінної структури, переущільнення ґрунтів важкими сільськогосподарськими машинами і транспортом, техногенне забруднення важкими металами, вуглеводнями та пестицидами. Вищенаведене викликає негативні зміни біосферних екологічних функцій ґрунтового покриву, що може мати глобальні наслідки. У зв’язку з цим надзвичайно важливо вивчити роль мікроорганізмів, насамперед ґрунтових бактерій, у регуляції кругообігу азоту. Відомі основні властивості бактерій як біотехнологічних об’єктів. Як азотфіксатори вони беруть участь в утворенні біогазу і фтороводню.

Мікроорганізми — не єдиний фактор ґрунтової родючості. Нині неможливо визначити, який із компонентів ґрунту найбільше пов’язаний із діяльністю біоти. На перший погляд, це, безперечно, гумус як комплекс органічних полімерів ґрунту. Однак відомо, що рослина, яка розвивається на ґрунтовому субстраті, використовує ряд компонентів його мінерального інгредієнта. Глинисті та суглинисті ґрунти містять багато мінералів — польовий шпат, слюда, кварц, каолін, монтморилоніт, різні калієвмісні мінерали, вапно, фосфорит, водні оксиди, сполуки заліза, алюмінію, марганцю та ін. В них є також речовини, необхідні для рослини — кальцій, калій, фосфор, залізо тощо. Найцінніщі колоїдні частки, оскільки поживні речовини, які у них містяться, легше розчиняються у воді. В піщаних і супіщаних ґрунтах, навпаки, велика кількість кварцу, що не може забезпечити живлення рослин. Останніми роками набула значного поширення концепція використання ґрунтових мінералів і глинистих часток як матриць для синтезу органічної речовини.

Постійний контроль за станом ґрунту та рослин, біосинтетичними і деструкційними процесами, які в них відбуваються, є основою біологічного моніторингу — теоретичної та практичної основи контролю за станом біологічного компонента навколишнього середовища. Він складається з таких підпрограм: генетичної, клітинної, фізіологічної, популяційної й біоценологічної (екологічний моніторинг). Біомоніторинг має два напрями: діагностичний і прогнозувальний. Останній передбачає біотестування та екотоксикологію. Біологічний моніторинг — це спостереження, оцінка і прогноз стану біотичної складової біосфери.

Усім відома ідея Д.М. Прянишникова про те, що аміак — це альфа й омега в обміні азотистих речовин у рослині. З нього починається синтез і закінчується розпад. Світло для синтезу аспарагіну не потрібне, але синтез білків без нього не відбувається. Отже, азот і вуглець ґрунту є в біосфері тими біофільними елементами, без яких не може розвиватися все живе. У біосфері існує маловивчена система взаємодії циклів. Поєднання циклів кисню, вуглецю, сірки та азоту — це та кооперативна основа, що підтримує стабільність біосфери. Людина створює агроценози, що формуються в результаті сільськогосподарської діяльності. На відміну від природи, яка намагається збільшити в біогеоценозах валову продукцію (врожай біологічний, загальна маса органічної речовини), стратегія людини спрямована на зростання чистої продукції — кількості насіння, плодів, бульб та ін. Для кожної культури визначають господарський коефіцієнт:

Кгосп. = Угосп./Убіол. ,

де Угосп. — урожай господарський; Убіол. — урожай біологічний.

Уже з часів Лібіха, Тьеєра та Гельрігеля застосування добрив поєднувалося з рядом агротехнічних прийомів і концепцією плодозміни (сівозміни). Починаючи із 30—40-х років ХХ ст. цей захід поєднувався з внесенням пестицидів. Паралельно формувалась концепція застосування синтетичних інгібіторів і стимуляторів: у 30-ті роки — стимулятори, 50-ті — дефоліанти та десиканти, 60-ті — ретарданти, в 70-ті — етилен-продуценти. Деякі дослідники вважають, що, коли при хімізації сільського господарства були допущені помилки, слід від неї відмовитися. Це суперечить здоровому глузду. Не підлягає сумніву, що людина як розумна істота повинна вести екологічно вивірений спосіб життя, досліджувати потенціал біосфери, її приховані ресурси, оптимізувати відомі фізіолого-біохімічні процеси рецепції, трансформації та акумуляції сонячної енергії.

В.А. Ковда і Я.А. Пачепський підкреслюють, що ґрунти і рослини виробляють дуже цінну і необхідну для людини біологічну продукцію (продовольство, сировину), акумулюють і розподіляють сонячну енергію, яка пройшла через фотосинтез, забезпечують оптимальний баланс кисню, вуглецю й азоту в атмосфері і є екраном, що утримує у біосфері найважливіші біофільні хімічні елементи від їх втрат у Світовий океан. Ґрунт разом із його мікросвітом відіграє роль універсального біологічного поглинача й нейтралізатора різних забруднень. Усе це підкреслює необхідність постійного піклування про максимальне збереження і поліпшення ґрунтового покриву, який є компонентом природи, що легко руйнується.

Н.Ф. Глазовський вважає, що провідна роль людини у формуванні концепції природокористування для найекономнішого використання природних і суспільних ресурсів, часу та простору біосфери може проявитись лише через ставлення