Для роста растений необходимы следующие элементы питания: углекислый газ, вода, макроэлементы (азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg), сера (S)), микроэлементы (железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), бор (B), молибден (Mo), хлор (Cl)). В естественных экосистемах питание растений осуществляется благодаря круговороту органического вещества: опавшие растения и листья, попадая в почву, разлагаются, становясь пищей для микрофлоры.
В ходе разложения органическое вещество распадается на воду, углекислый газ и минеральные элементы.
Также в процессе жизнедеятельности микробов в почве дополнительно растворяются минеральные элементы, удерживаемые в почвенном поглощающем комплексе.
В процессе сельского хозяйства нарушается естественный круговорот органического вещества из-за регулярного изъятия урожая. В результате в почве становится недостаточно органического вещества, что приводит к дефициту всех питательных веществ: углекислого газа и минеральных элементов в растворенной форме.
Современная практика сельского хозяйства решает проблему изъятия органического вещества внесением высоких доз минеральных удобрений (в России – ок. 400 кг на га, в Европе – до 1000 кг на га). Это частично компенсирует недостаток минеральных элементов, но приводит к загрязнению водоемов и засаливанию почвы (см. раздел «Минеральные удобрения»).
Однако это не решает проблему недостатка СО2. В парниках эту проблему можно решить распылением углекислого газа, однако на открытых полях данный подход не применим, что приводит к снижению урожаев.
В дополнение к минеральным удобрениям в сельском хозяйстве используют органические удобрения. Наиболее распространено внесение в почву навоза. Однако навоз нельзя вносить свежим из-за опасности