Kmetijski sistemi (kmetijstvo in poljščine) močno vplivajo na okolje, zlasti z vodnimi in atmosferskimi sistemi. Večina teh izmenjav poteka v vodnem ciklu, ki prenaša organske snovi, tako kot vir hranil in potencialnih onesnaževal. Ta organska snov se pretvori v biogeokemičnih ciklih, v katere so še posebej vključeni mikroorganizmi. Vodni sistemi medsebojno delujejo s kmetijskimi sistemi prek podzemne vode in rek, pa tudi prek namakalnih sistemov. Agrosistemi, viri aerosolov (delci tal, bioaerozoli), HOS (volatilne organske spojine) in toplogredni plini bodo sodelovali v atmosferskih procesih ter vplivali na nastajanje oblakov in padavin, kar bo vplivalo na kmetijske sisteme. Te interakcije, ki so izjemno zapletene in delno pogojujejo gospodarsko in okoljsko kakovost kmetijske proizvodnje, je bistveno bolje razumeti temelje za večjo uspešnost kmetijskih sistemov in trajnostno kmetijsko upravljanje (učinkovito in manj vpliva na okolje). Razumevanje teh interakcij zahteva temeljito poznavanje biofizikalno-kemijskih procesov v atmosferskem in vodnem okolju na podlagi podatkov iz opazovanja in poskusov.