Стремление к снижению себестоимости единицы продукции и повышение производительности труда являются основными направлениями развития современного сельского хозяйства. До конца ХХ в. это достигалось созданием более экономичных сельскохозяйственных машин, применением эффективных удобрений и пестицидов, рациональной агротехнологической обработкой земли, созданием новых сортов сельскохозяйственных растений.
Процесс развития данных технологий в наше время достиг своего совершенства и не позволяет развиваться современному земледелию. Бурное развитие современной науки и технологии дало сельскому хозяйству новые инструменты, недоступные и несовершенные прежде. Это рост компьютерных технологий, доступность космических технологий, появление более совершенных машин и агрегатов позволило сельскохозяйственным производителям использовать данные инструменты для повышения производительности труда, увеличения урожайности, сокращения издержек производства.
Значение земледелия не ограничивается только простым производством продуктов питания, так как оно воздействует на природную среду и на процессы, протекающие в ней, а также на здоровье человека. Неконтролируемое использование пестицидов и удобрений, нарушение методов водной ирригации и дренажа, высокий уровень механизации или использование непригодных земель могут привести к деградации земель.
Примеси, присутствующие в удобрениях, накапливаются в почве и поглощаются выращиваемыми культурами, теоретически ставя под угрозу безопасность пищевых продуктов. Избыток азота может также способствовать эвтрофикации (избыточному росту растений, животных и микроорганизмов в водных экосистемах), которая способствует дефициту кислорода в воде. Это приводит к развитию организмов-анаэробов и подавляет аэробные организмы, что служит причиной утраты биоразнообразия.
Повышенный уровень азота может привести к цветению воды, изменению биоразнообразия и видового состава, к увеличению осаждения органического материала и снижению содержания кислорода — гипоксии. Цветение ухудшает качество воды, потому что увеличивает количество болезнетворных бактерий, делает воду непригодной для купания и снижает рекреационный потенциал водоемов. Цветение воды также ведет к высвобождению токсинов, ядовитых для человека, домашнего скота и рыбы [1].