Физиология ғылымы жаңа қалыптаса бастаған кездерде-ақ табиғаттың топырақпен және оның құнарлығымен байланысының сырын ашуға, топырақтың түзілу процесінің мәнін айқындауға, егін себудің неғұрлым тиімді және үнемді әдістерін табуға ғасырлар бойы зерттеу жұмыстарын жүргізуде. Өйткені топырақтың түзілу сырын ашу және оның құнарлылығын арттырудың ғылыми әдістерін белгілеу ауыл шаруашылығы даңылдарынан жоғары және тұрақты өнім алудың аса маңызды теориялық негіздерін қалыптастырады. Бұл мәселе осы күнге дейін өзінің өзектілігін жойған жоқ, яғни жоғары өнім алу үшін өсімдікке қажетті қоректік заттар мен суды өз уақытында дұрыс үйлестіріп беру немесе суғара білудің маңызы өте зор.
Сөйтіп, адамдар ғасырлар бойы өзінің күнделікті өмірінде қоршаған ортаны, табиғатты игеруде көп тәжірибелер жинақтап, оны ұрпақтан ұрпаққа жеткізіп отырды. Қазіргі кездегі ауыл шаруашылығы өндірісінің /оның ішінде егіншіліктің/ даму деңгейіне адам баласы 12 мың жыл бойы жан-жақты шұғылдану арқасында жетіп отыр. Ауыл шаруашылығында қолданатын әр түрлі тыңайтқыштарды үлкен жетістіктердің қатарына жатқызуға болады. Акад. Д.Н. Прянишников топырақ қүнарлығын жақсарту табиғаттағы заттар айналымының тепе-теңдігін сақтап, қоршаған ортада олардың зиянды жақтарын болдырмау және ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімдерін жоғарылату жөніндегі минералды тыңайтқыштардың қолданылуын жаңадан ашып, пайда болған «құрлыққа» теңеді.
Егіннің түсімі топырақтағы минералдық заттардың мөлшеріне /азот, калий, фосфор және басқа да қоректік заттарға/ байланысты. Сонымен бірге шамадан тыс көп, әсіресе біржақты енгізілген тыңайтқыш өнімді арттырмайды. Керісінше, қайта оның сапасын нашарлатады. Тыңайтқыштың мөлшерін ретсіз көбейтуге жұмсалған шығын өзін ақтамайды, қайта шаруашылыққа тек зиян келтіреді. Сондай-ақ ауыспалы егісте дақылдарды алмастырып егудің маңызы зор. Белгілі бір дақылды немесе өздерінің қасиеттері жағынан азды-көпті дәрежеде біркелкі болып келетін өсімдіктерді өнебойы бір жерге еккеннен гөрі, мәдени дақылдарды дүрыс кезектестіріп егу анағүрлым мол өнім алуға мүмкіндік береді. Мұндай бағалы пікірді кезінде акад. Д.Н. Прянишников /1965/ айтқан еді.
Дақылдарды дұрыс кезектестіріп егу топырақ, су режимін тиімді пайдалануда үлкен әсер береді, яғни танаптардағы топырақтың ылғал қорын тиімді пайдалану үшін суды әртүрлі дәрежеде қажет ететін өсімдіктерді кезектестіріп егу — ауыспалы егістегі озық тәсіл. Минералдық тыңайтқыштарды қолдану дәрежесі артқан сайын топырақтағы ылғалды пайдаланудың қажеттілігі де үдей түседі. Бұл түсінікті, өйткені тыңайтқышқа байланысты өнім молаяды, бітік егіннің өсіп жетілуіне жүмсалатын су мөлшері артады.
Өсімдіктер тіршілігінде минералдық тыңайтқыштар мен басқа да жекелеген факторлар әсерін өз алдына оқшау етіп бөліп қарастыруға болмайды, олар бір-бірімен өзара тығыз байланысты әрекет ететіні белгілі. Өсімдік тұрақты осы бір әсерлердің бүкіл комплексінің ықпалында болады. Вегетациялық ыдыстарда және егіс даласында жүргізілген нақтылы эксперименттер, сондай-ақ егіншіліктің көп жылғы практикасы мынаны көрсетті: өсімдіктер тіршілігінің факторлары тек бірлесіп әрекет еткенде ғана барынша әсерлі болады. Осы бір қағиданы басшылыкқа ала отырып, ауылшаруашылық мамандары өсімдік тіршілігінің кез-келген факторларына тікелей ғана емес, онымен тығыз байланысты басқа факторлар арқылы да жанама түрде ықпал етіп, тіпті ауа райы қолайсыз болған күннің өзінде де бітік егін өсіре алады. Мысалы, өсімдіктердің пісуін тездететін фосфор және калий тыңайтқыштарын қолдану арқылы куаңшылық жағдайында шығымдылықты едәуір арттыруға болады. Кезінде К.А. Тимирязев былай деп атап көрсеткенді: тыңайтқыштар өсімдіктер пайдаланатын қоректік заттардың көзі ғана болып қоймайды, олар сондай-ақ куаңшылықпен күресу жолы болып табылады. Өйткені, өсімдік азық мол болғанда қоректік заттар жетімсіз кездегіге қарағанда құралатын органикалық заттың әрбір өлшеміне суды аз буландырады.
Минералдық тыңайтқыштарды әр гектар егістікке қолдануда біз әзірге дүниежүзінің көптеген дамыған елдерінен артта қалып келеміз. Мәселен, Ресейде 1980-1990 жылдары әр гектар егістікке 85,6 килограмм тыңайтқыш сіңірілсе, АҚШ-та 171, Англияда — 319, Францияда — 306, Италияда — 171, Жапонияда — 406, Голландияда — 758 кг тыңайтқыш беріліпті. Минералдық тыңайткдштарды өндірудің сапасы жылдан-жылға едәуір жақсара түсуде. Өсімдіктер пайдаланатын минералдық тыңайтқыштар құрамындағы химиялық элементтерге мыналар жатады: 1/ негізгі қоректі элементтер /фосфор, калий/, фосфорит, калий тұздары қүрамында кездеседі; 2/ қосымша қоректі элементтер /калий, кальций, магний, күкірт/; 3/ қүрамында микроэлементтері бар / мыс, молибден, мырыш, бор, марганец, кобальт, т.б./ шикізаттар. Органикалық заттар алынатын шикізаттар /шымтезек, сапрогелдер/. Сапрогель — континентальды су қоймаларының түбіне жиналған органикалық түнба. Бұл суда өмір сүрген организмдер, сондай-ақ, құрылықта өлген организмдер қалдықтарынан да пайда болады. Мұның кұрамында минералдық заттар бар. Бүкіл тыңайтқыштардың шығу тегі, қолданылуы, құрамы, алу тәсілдері жағынан әртүрлі болып бөлінеді. Олар шығу тегі жағынан минералды, органикалық, органикалық-минералдық және бактериалды болады.
Минералды /немесе жасанды/ тыңайтқыштар шығу тегі жағынан анорганикалық заттарды табиғи минералдардан, ауадағы азоттан немесе кейбір химиялық заводтардың қосымша өнімдері ретінде алынады. Ал түрлері жағынан азотты, фосфорлы, калийлі, кейбір микротыңайтқыштарға /бор, марганец, молибден, мырыш, мыс, кобальт, т.б./ бөлінеді.
Шығу тегі, өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтары, көң, нәжісті (фекалий), құс саңғырығы, шымтезек, қаланың қоқыстары, әртүрлі тамақ өнеркәсібінің қалдықтары органикалық жергілікті тыңайтқыштарға жатады. Құрамында органикалық минералды заттардың өзара химиялық және адсорбты байланысы болатын қосылыстар органикалық-минералды тыңайтқыштарға жатады. Олар органикалық заттарды /шымтезек, жанғыш тақта тас (сланец), қоқыс, көмір, топырақ шірінділерін, т.б./ минералды қосылыстар мен азоттың, фосфаттың және калийдің тұздарымен немесе ерітінділерімен өңдегенде алынады. Немесе көң құрамындағы аммиактың үшып кетуін азайту үшін суперфосфат қосады.
Бактериалды тыңайтқыштарға кейбір препарат құрамындағы бактериялар, бұршақ тұқымдас дақылдардың тамыр түйнектері, топырақтағы азот жинақтайтын /фиксациялайтын/ микробтардың түзілуі, топырақтың органикалық бөлігінің минералдануына жататын нитрагин, т.б. жатады. Сол сияқты топырақтың агрохимиялық қасиеттеріне қарай минералды тыңайтқыштар тікелей және жанама әсерлерден бөлініп түрады. Оларды, бірінші жағдайда, элементтерді өсімдіктер тікелей қоректенуіне пайдаланса, екінші жағдайда, жанама әсерлері — оларды қолданғанда топырақтың физикалық, химиялық және биологиялық қасиеттері жоғарылап, қоректік заттардың белсенділігін арттыруға көмектеседі.
Минералды тыңайтқыштар құрамында бір немесе бірнеше қоректік заттар болғандықтан, олар жай және комплексті болып бөлінеді. Мысалы, жай тыңайтқыштар құрамында бір ғана қоректік заттар болып, біржақты ғана әсер етеді. Ал комплексті тыңайтқыштар қүрамында 2-3 немесе одан көп қоректі элементтер, микроэлементтер болады. Комплексті тыңайтқыштар өндіру тәсілдеріне қарай аралас, комбинациялы және күрделі болып келеді. Олардың біріншісін әртүрлі жай, күрделі тыңайтқыштардың майдаланған және түйіршіктелген түрлерін механикалық жолмен араластыру арқылы дайындаса, комбинациялыда тыңайтқыштар белгілі технологиялық жүйеде, бастапқы заттардың химиялық реакцияларымен алынады.
Белгілі агротехникалық шаралармен топырақтарға егілетін дақылдарға сай белгілі нормаларда қолданатын әртүрлі тыңайтқыштар теңестірілген түрлерде болады, ал өсімдіктер тыңайтқыштардың күрамындағы қоректік заттарды толық мөлшерінде пайдалана алса, ондай тыңайтқыштар артық заттары жоқ /балластысы/ болып саналады. Тыңайтқыштардың сапасы, олардың күрамындағы қоректік заттар, яғни оның ішінде азот жекелеген элемент түрінде, қалғандары олардың тотықтары күйінде өрнектеледі.
Әртүрлі топырақтарда қолданылған тыңайтқыштар топырақтағы жылжымалы қоректік заттардың мөлшерін ғана көбейтпейді, сонымен бірге топырақтың қасиеттеріне, күнарлығына әсер етіп, оның қышқылдығын өзгертеді. Осыған байланысты минералды тыңайтқыштар физиологиялық қышқылды, сілтілі және бейтарап болып бөлінеді. Тыңайтқыштарды үтымды және тиімді пайдалану үшін, ең алдымен, өсімдіктің биологиялық ерекшеліктерін, соның ішінде қоректік элементтерді пайдалану деңгейін, екіншіден өсімдіктен алынатын өнім мөлшерін, оның ішіндегі элементтердің мөлшерін алдын-ала болжау қажет. Осыған байланысты әртүрлі топыраққұрамындағы элементтер мөлшері, олардың қосындылар құрамындағы күйлерін, яғни сіңгіштік деңгейін анықтау керек.
Фотосинтез процесінің тиімділік коэффициентін 45%-ға жеткізіп, ауылшаруашылық дақылдарынан алынатын өнімді көбейту үшін өзара тығыз байланысты екі жағдайды қамтамасыз ету қажет. Олардың біріншісі — өсімдіктерді сумен қалыпты мөлшерде қамтамасыз ету, екіншісі — минералдық қорекпен, әсіресе азотпен мол түрде жеткілікті қамтамасыз ету.
Өсімдіктер дамуының алғашқы сатыларында негізінен тұқым кұрамындағы қоректік заттар қорын пайдаланып, органикалық заттарды айтарлықтай мөлшерде жасай алмайды. Тұқым толық өніп, жас өскіндер қалыптасқаннан кейінгі сатыларында өсімдіктің минералдық элементтерді пайдалануы біртіндеп үдей түседі де, бүкіл жер үстіндегі мүшелері мен тамыр жүйесі толық қалыптасып, өсу процестері өте қарқынды жүретін және көбею мүшелері қалыптасқан кезеңдерде өсімдіктің қоректік заттарды пайдалануы ең жоғарғы деңгейге жетеді. Органикалық заттардың жинақталуы тоқтаған соң, өсімдіктердің қоректік заттарды пайдалануы күрт төмендейді. Кейде керісінше олардың біразы топыраққа бөлініп шығады. Өсімдіктер тіршілігі үшін қажетті фосфордың топырақтағы қоры онша көп емес. Р205-пен есептегенде бір гектарға 2-4 тонна аралығында. Оның 2/3-сі ортофосфор қышқылының (Н3Р04) тұздары, ал қалған бөлігі фосфорлы органикалық қосындылардың үлесіне тиеді. Топырақтағы фосфорлы қосындылардың көпшілігі суда нашар ериді. Бұл бір жағынан фосфордың босқа ысырап болуын азайтып, екіншіден өсімдіктің пайдалану мүмкіндігін де кемітеді.
Топырақтағы фосфордың шыққан тегі — топырақ пайда болатын жыныстарының ыдырауынан пайда болған өнімдер. Онда ол негізінен апатиттер күйінде Са3(Р04 )2 * СаF2 болады. Үш негізді кальций мен магнийдің фосфорлы тұздары және темір мен алюминийдің фосфорлы тұздары, сонымен бірге темір мен алюминийдің оксидты түздары нашар еритіндіктен, өсімдіктерге сіңіп жарытпайды. Екі негізді, әсіресе бір негізді, кальций және магний тұздары, одан басқа кері валентті катиондар тұздары бос ортофосфор қышқылы суда жақсы ериді де, олардағы фосфорды өсімдіктер оңай сіңіре алады. Өсімдіктер фосфордың кейбір органикалық қосындыларын да /қантфосфаттарды, фитин/ игере алады. Топырақ ерітіндісіндегі фосфор концентрациясы өте төмен (0,1-1 мг/л).
Құрамына фосфор енетін нуклеопротеидтердің мөлшері клетка ядросында, түқым үрықтарында, басқа да маңызды бөліктерде көп болады. Фосфор өсімдіктердің пісіп жетілуін тездетеді. Фосфорлы тыңайтқыштардың әсерінен астық дақылдары 5-7 күн ерте пісіп жетіледі. Өсімдік тамыры жақсы тармақталып, терендеп жайылып өседі. Фосфордың әсерінен қант қызылшасының қанттылығы, картоп түйнегінде крахмалдың мөлшері көбейеді. Фосфорлы қорек жетіспеген жағдайда өсімдік жапырағында көмірсулардың мөлшері көбейеді. Соған байланысты антоциан пигментінің мөлшері де көбейіп, жапырақтар көгілдір жасыл, кейде қарақошқыл немесе қола ренді /түсті/ болып түсін өзгертеді. Өсімдіктердің өсуі баяулап, жемістердің пісіп жетілу мерзімі кешігеді.