Біологічна система добрив виникла і в останні роки дуже поширена в США і багатьох країнах Західної Європи. Називають таку систему альтернативною, екологічною, біодинамічною і т.д. У ряді країн вона передбачає багатогалузеву систему виробництва, що виключає часткове або повне застосування мінеральних добрив та інших хімічних засобів, а збереження родючості грунту - за рахунок органічних та мікробіологічних ресурсів самого господарства. Однак, зарубіжні дослідники відмічають недоліки біологічної системи землеробства і перш за все зниження врожайності порівняно з традиційними системами землеробства, що потребує вирощування культур для задоволення потреб населення і тваринництва на значно більших площах. Крім того, біологічне землеробство значною мірою залежить від природних факторів, тому немає гарантії, що продукція буде біологічно чистою, а не забрудненою. При біологічній системі землеробства із застосуванням тільки органічних добрив відмічається зниження в грунті вмісту рухомих форм фосфору і калію, тому що відмова від внесення мінеральних добрив не забезпечує повного повернення винесених з урожаєм поживних речовин.
При застосуванні біологічної системи в Німеччині в середньому за пять років урожайність сільськогосподарських культур знизилась на 9-36%, а затрати праці зросли на 20-30% порівняно з традиційною системою. Результати проведених у цій країні досліджень щодо впливу трьох сортів озимої пшениці на врожайність при вирощуванні за традиційною (І) і альтернативною (II) технологіями свідчить, що в середньому за чотири роки при альтернативній системі землеробства урожайність знизилася на 30%.
Крім зниження врожайності при альтернативній технології гіршими були й показники якості зерна. Так, вміст сирого протеїну в зерні становив 10,5-11,1% проти 14,5% при вирощуванні озимої пшениці за традиційною технологією. У господарствах Австрії, які застосовують біологічну систему землеробства, зниження врожайності становило від 20 до 50%, а в господарствах Данії середня врожайність зернових за цією системою вирощування була 20-24 ц/га при середній врожайності по країні 40-45 ц/га.
Отже, біологічна система землеробства має і позитивне, і негативне. Багато вчених світу дійшли висновку, що частково або повністю зняти негативне можна поєднуючи біологічні і традиційні системи землеробства, тобто застосовувати інтегровано, враховуючи переваги обох систем. При цьому передбачається запровадження в сівозміни бобових трав з обов'язковим застосуванням біопрепарату бульбочкових бактерій ризоторфіну і сидератів, збільшення норм органічних добрив, що забезпечують бездефіцитний баланс гумусу і дозволяють на 30-50%, порівняно з рекомендованими нормами для інтенсивних технологій зменшити норми внесення мінеральних добрив, і в першу чергу, азотних; використання комбінованої системи обробітку грунту і перехід на біологічні методи захисту. Комплексне застосування цих заходів дозволить одержувати високі урожаї покращеної якості. Система застосування добрив повинна бути принципово іншою, ніж в інтенсивному землеробстві. Основним завданням її буде створення збалансованості усіх необхідних елементів живлення - не тільки КРК, а й мікроелементів. Так, у дослідженнях Інституту зрошувального землеробства УААН застосування позакореневих підживлень міддю, молібденом і сумішшю мікроелементів (мідь, молібден, марганець, залізо) сприяло зниженню вмісту нітратів у цибулі. Завдяки обробці насіння томатів розчином подвійного гідрофосфату магнію-цинку збір стиглих плодів томату підвищився в середньому за три роки на 17%, кількість цукрів у плодах збільшилась на 0,7-0,36%, вміст вітаміну С - до 22,9%, сухої речовини - на 0,39-0,22%, вміст нітратів знизився у 1,5 раза і становив 29,2 мг/кг при вмісті на контролі - відповідно 2,23%, 17,6 мг%, 5,60% і 51,46-42,78мг/кг.
Отже, вплив добрив на урожайність сільськогосподарських культур та їх якість може бути як позитивним, так і негативним. Завдання працівників сільського господарства полягає в тому, щоб, використовуючи агротехнічні фактори, створювати необхідні умови для нагромадження в рослинах саме тих поживних речовин, які визначають якість урожаю цієї культури. Для зерна озимої пшениці, наприклад, важливий вміст у зерні білка і його фракційний склад. Ці показники залежать від наявності в грунті мінерального азоту, а при низькому вмісті або його відсутності - від застосування азотних та біодобрив.
Культури, що належать до різних біологічних видів, вирощувані на однаково удобреному фоні, нагромаджують різну кількість нітратів. У дослідженнях Інституту зрошуваного землеробства УААН при збільшенні норми азотних добрив під поживні культури від 60 кг азоту на гектар до 180 горох не реагував на це підвищення вмісту нітратів, в рапсі ж кількість їх зросла в 4,8 раза, а в буркуні - у 8 разів. Різну кількість нітратів на однаково удобреному фоні нагромаджують і рослини різних сортів, які належать до одного біологічного виду. В умовах півдня України, наприклад, кабачки сорту Грибовський містили нітратів 339, а Білоплідний - 624 мг/кг сирої речовини, тобто сорт Грибовський не перевищував гранично допустиму концентрацію нітратів, а Білоплідний - перевищував її більше як у 1,5 раза. Цибуля на перо Жовтнева нагромаджувала нітратів 672, Молдовська - 339, а Дністровська - 193 мг/кг (ГДК становить 400 мг/кг), капуста сорту Столична містила їх 1276, Харківська зимова - 407 (ГДК 500 мг/кг), буряк Кубанський борщовий - 661, а Бородо 237 - 2951 (ГДК 2100). Багато дослідників світу вважають, що провідна роль у зниженні нітратів належить саме сорту. В умовах біологічного землеробства селекціонерам для різних зон необхідно створити сорти і гібриди рослин, які б не реагували на підвищення фону живлення.
Для існуючих, рекомендованих для застосування, сортів системи удобрення слід переглядати, вивчати, враховуючи вплив їх не тільки на урожай та навколишнє середовище, а й на якість урожаю. Останнє слід розглядати не тільки з точки зору підвищеного вмісту нітратів, а й значного зниження вмісту вуглеводів, вітамінів, інших дуже важливих речовин. Так, вміст вітаміну В2 (рибофлавіну), на думку медиків, є терапевтичним засобом проти ракових захворювань, в кормовому буряку, удобреному К100Р120К60 в середньому за три роки він становив 1,99, Н200Р120К60 - 1,63, а К400Р120К60 - 1.33 мг/кг сухої речовини. Вихід сумарного рибофлавіну з їм2 просіву становив відповідно 107,1; 82,6 і 60,2%. При застосуванні азотного добрива у дозі 400 кг/га вміст небілкового азоту був вищим, ніж білкового, а кількість нітратів у коренеплодах була дуже високою і дорівнювала 1,03% від кількості сухої речовини при 0,14% у неудобренному контролі і 0,45% ири нормі азоту 200 кг/га. Тобто, внесння азотних добрив під кормовий буряк на фоні РК більше N200 в умовах зрошення півдня України недоцільне, тому що урожай підвищується незначно, а його якість знижується істотно.
Застосування підвищених норм добрив призводить до зниження вмісту дуже важливої речовини, яка є інгібітором, що запобігає і гальмує процес перетворення нітратів і нітритів у організмі людини,-вітаміну С (аскорбінової кислоти). У цибулі при збиранні - без застосувння добрив його було 7,48, при внесенні М60 - 8,28, а N180 - 7,22%, загальних цукрів відповідно: 5,24; 5,46 і 5,24 мг/100 г. Аналогічно змінювався і вміст аскорбінової кислоти у капусті. При внесенні азотного добрива з розрахунку 90, 180, 270 і 360 кг/га д. р. вміст її становив відповідно 23,76: 21,82: 17,24 і 16,89 мг%.
Отже, можна стверджувати, що кількість аскорбінової кислоти і цукрів при внесенні азотних добрив збільшується, але ири застосуванні їх у нормах, що перевищують оптимальні, починає знижуватись.
Якість врожаю сільськогосподарських культур помітно поліпшується при застосуванні органічних добрив. Наприклад, у середньому за три роки, вміст амінокислот в коренеплодах кормових буряків, вирощених без добрив, становив 2,22 г, а удобрених гноєм з розрахунку 80 т/га - 3,02 г на 100 г сухої речовини, у тому числі на частку незамінних амінокислот припало відповідно 0,68 і 0,95 г.
Дослідженнями Інституту зрошуваного землеробства УААН доведено, що органічні добрива істотно впливали на якість післяжнивної вівсяно-горохової сумішки, змінюючи якість як бобового, так і злакового компонента. При заміні частини мінеральних добрив органічними знижується і вміст нітратів у рослинах. Він зменшується і при застосуванні інгібіторів нітрифікації.
У більшості випадків зменшенню кількості нітратів у рослинах сприяє застосування дуже поширених в останні роки азотфіксуючих та фосформобілізуючих бактеріальних препаратів. Використання біопрепаратів азотфіксуючих бактерій під бобові, злакові та овочеві культури замінює 20-50 кг/га мінеральних добрив. Біопрепарати фосформобілізуючих бактерій здатні перетворювати важкорозчинні фосфати грунту у легкорозчинні, доступні рослинам сполуки.
Такі дослідження широко проводяться у багатьох країнах світу. Завдяки високій ефективності азотфіксуючих препаратів, обсяги їх виробництва значно зросли і становлять: у Венгрії 200 тис. га/порцій, Великобританії, Югославії і Польщі - по 50 тис, Румунії - більше 1 млн., Індії - З млн., Канаді - 4 млн. і Австралії 6 млн. га/порцій. У США азотний дефіцит грунту покривається бактеріальними добривами на 45%; в еквівалентному обчисленні тут використовується 13 млн. тонн біологічного азоту, тоді як мінеральних азотних добрив близько 9 млн. тонн.
В Україні за участю науковців Української академії аграрних наук та Національної академії наук створено біопрепарати ризоторфін, ризоагрін, ризоентерін, флавобактерін, агрофіл, діазобактерін для бобових, злакових, овочевих культур і картоплі. Під цукрові буряки створено біопрепарати фосформобілізуючих бактерій поліміксобактерін і альбобактерін, які збільшують збір цукру на 2-8 ц з гектара. Ведеться постійний пошук та селекція високоефективних конкурентноздатних штамів мікроорганізмів для поліпшення ефективності існуючих біопрепаратів.