Воронежская область расположена в юго-восточной части Центрально-Черноземного экономического региона Российской Федерации. Климат умеренно-континентальный. Средняя температура самого холодного месяца (январь) изменяется от -10,9 °С на севере до -8,2 °С на юге, самого теплого месяца (июля) — соответственно от 19,6 до 21,8 °С. Продолжительность вегетационного периода в среднем составляет 180...190 дней. Сумма активных температур изменяется от 2440 °С на севере до 2930 °С на юге. Примерно 1/4 осадков приходится на теплый период года.
Основные метеорологические факторы (солнечная радиация, осадки, температура, относительная влажность воздуха) оказывают влияние на все растительные организмы в течение всего периода их жизни и на всей территории их произрастания. В условиях Центрального Черноземья продуктивность растений часто лимитируется недостатком влаги, в некоторые годы теплолюбивым культурам недостает тепла.
Интенсивность и направленность почвенных процессов обусловлена складывающимися погодными условиями. За период исследований (1987—2006), по данным Воронежской агрометеорологической станции (АГМС), расположенной рядом с опытным полем, метеорологические факторы складывались неодинаково. Количество и распределение атмосферных осадков за годы исследований показано в таблице 4.1, данные температурного режима воздуха приведены в таблице 4.2. По средним многолетним данным Воронежской АГМС, за год выпадает 554 мм осадков, из них в холодный период 227 мм (41 %) и в теплый период 327 мм (59 %) В годы проведения исследований выпадение осадков было неравномерным. За сельскохозяйственный год выпадало от 493 до 754 мм. Более 600 мм выпало в 1987—1990, 1997, 2001, 2004—2006 гг., менее 500 мм — в 1992 г.
Следовательно, за 20 лет наблюдений с недобором влаги было 7 лет (35 %), средних — 5 лет (25 %) и увлажненных — 8 лет (40 %). За последнее десятилетие отмечается тенденция увеличения выпадения осадков.
По условиям увлажнения в Центрально-Черноземном регионе выделяют два периода. Холодный период — период, когда осадков выпадает больше, чем испаряется влаги за это время. В этот период (октябрь—март) влага накапливается в почве и затем используется произрастающими культурами на формирование урожая.

В холодный период выпадало от 129 до 321 мм осадков, благодаря чему создавались различные условия формирования основного запаса влаги в почве. Осадки теплого периода используются растениями и испаряются с поверхности почвы. Они удовлетворяют текущие потребности растений во влаге. От количества и периодичности выпадения дождей зависит увлажненность пахотного слоя почвы, что определяет интенсивность микробиологических и биологических процессов, уровень синтеза и разложения органического вещества, что в конечном итоге обусловливает емкость и интенсивность биологического круговорота.
В среднем за годы исследований в теплый период выпадало от 272 до 595 мм осадков, что больше нормы на 268 мм. Следовательно, повышение увлажненности обусловлено дождями. Выпадение их по годам было неодинаковым. Больше нормы было в 1987—1990, 1994, 1995, 1998 гг. Заметный недобор осадков отмечен в 1991-1993, 1999 гг.
За период исследований среднегодовая температура воздуха была ниже нормы в 1987 г, этот год был наиболее прохладным. В среднем за годы наблюдений температура превысила норму на 0,1...2,5°С. Средняя температура октября—марта опускалась ниже нормы в 1988, 1989, 1991—1995, 1997, 1998 гг. Наиболее теплой была зима 1990 г, когда в ноябре, феврале, марте наблюдались положительные температуры, за 20 лет наблюдений 8 лет были с положительной среднемесячной температурой в марте при норме 4,1 °С. Среднесуточная температура апреля—сентября составила 15,1 °С, в большинстве лет май и июнь были теплее обычного, август и октябрь — прохладнее. Оценка условий увлажнения вегетационного периода по сумме осадков не всегда дает полную картину обеспеченности растений влагой и состояния влажности почвы. Как известно, испаряемость зависит от прихода солнечной радиации и обусловленного этим температурного режима.
В агрометеорологии для оценки условий увлажнения территории широко используют гидротермический коэффициент (табл. 4.3).
По многолетним данным, за май—сентябрь гидротермический коэффициент составляет 1,13, что характерно для южной лесостепи.
Годы распределяются по значению гидротермического коэффициента на четыре класса: более 1,6 — избыточно увлажненные (1987, 1988, 1990); от 1,6 до 1,3 - влажные (1989, 1993, 1994, 2000); от 1,3 до 1,0 — недостаточно увлажненные (1996, 1997, 2001— 2006); менее 1,0 — засушливые (1991, 1992, 1995, 1998, 1999).


Технология возделывания культур в опыте была общепринятой для лесостепной зоны Воронежской области.
Агротехника культур в краткосрочных и полевых опытах с сидеральными культурами была следующей. Под все сидеральные культуры с осени вносили в краткосрочном опыте N60P60K60, а в стационарном — N90P150K150. Донник и эспарцет высевали под покров ячменя. В фазе цветения надземную фитомассу сидеральных культур (первая декада июня) скашивали и разбрасывали, используя для этого КИР-1,5. Вслед за этим проводили перекрестную обработку тяжелой дисковой бороной (БДТ-7), а через 2...3 нед — вспашку на глубину 20...22 см (в сухие годы на 16...18 см).
В севооборотах возделывали сорта и гибриды: озимой пшеницы — Тарасовская 29 и Мироновская 808, сахарной свеклы — Романская односемянная, кукурузы — Молдавский 330 и Коллективный CB F181, ячменя — Одесский 100 и Одесский 115. В занятых и сидеральные парах выращивали донник белый (Melilotus albus) Люцерновидный 6, донник желтый (М. officinalis) Омский скороспелый; эспарцет (Onobrychis arenaria) Песчаный 1251 и Павловский; рапс яровой Ратник; овес Скакун; вику яровую Орловскую 84, вику озимую Глинковскую.

Исследования проводили в условиях стационарных многофакторных длительных опытов кафедры земледелия, заложенных на территории опытной станции Воронежского ГАУ, под руководством чл.-корр. ВАСХНИЛ, доктора с.-х. наук, профессора М. И. Сидорова, а затем доктора с.-х. наук, профессора Н. И. Зезюкова.
Стационарный многофакторный опыт по определению оптимального сочетания биологических и техногенных приемов повышения плодородия почв был заложен в 1985 г. на черноземе выщелоченном среднесуглинистом, с содержанием гумуса 4,12%, общего азота 0,35 %, pH солевой вытяжки 5,2.
Схема опыта включала внесение минеральных удобрений в различных дозах, навоза, запашку соломы озимой пшеницы, ячменя и биомассы сидератов, возделываемых в пару и пожнивных посевах в четырехпольных севооборотах: пар (сидеральный, занятой) — озимая пшеница — 1/2 сахарная свекла +1/2 кукуруза на силос — ячмень.
1. Контрольный вариант. Минеральные и органические удобрения не вносили. На почву действовали только возделываемые культуры севооборота.
2. Внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу и пропашные культуры по N150P150K150 (NPK).
3. Внесение под озимую пшеницу навоза в дозе 40 т/га, под пропашные N150P150K150 (Н + 1/2NPK).
4. Внесение под озимую пшеницу навоза в дозе 40 т/га и минеральных удобрений N150P150K150, под пропашные культуры N150P150K150 (H+NPK).
5. Внесение под озимую пшеницу N150P150K150, под пропашные культуры N150P150K150 + пожнивный посев горчицы сарептской на зеленое удобрение после озимой пшеницы (NPK + Сп).
6. Внесение под озимую пшеницу N150P150K150, под пропашные культуры навоза в дозе 40 т/га (1/2 NPK + Н).
7. Внесение под озимую пшеницу N150P150K150, под пропашные культуры N150P150K150 + биологический урожай соломы озимой пшеницы (7...8 т/га) (NPK + С).
8. Внесение под озимую пшеницу навоза в дозе 40 т/га, под пропашные культуры N150P150K150 + солома (Н + 1/2 NPK + С).
9. То же, что в варианте 8, + пожнивный сидерат (Н + 1/2 NPK +С+ Сп).
10. То же, что в варианте 9, + внесение в черном пару дефеката в дозе 10 т/га (Н + 1/2 NPK + С + Cn + Д).
11. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры N150P150K150, замена чистого пара на донниковый (Сд + NPK).
12. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры навоза в дозе 40 т/га, замена чистого пара на донниковый сидеральный (Сд+1/2 NPK+Н).
13. То же, что в варианте 11, + солома (Сд+NPK+С).
14. То же, что в варианте 13, + пожнивный сидерат (Сд+NPK+С+Сп).
15. То же, что в варианте 14, + внесение под пропашные дефеката в дозе 10 т/га (Сд+NPK+Cп+Д).
16. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры N150P150K150, замена чистого пара на эспарцетовый сидеральный (Сэ + NPK).
17. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры N150P150K150, замена чистого пара на эспарцетовый занятый (ЗПэ + NPK).
18. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры навоза в дозе 40 т/га, замена чистого пара на эспарцетовый занятый (ЗПэ+1/2 NPK+Н).
19. Внесение под озимую пшеницу N90P150K150, под пропашные культуры N150P150K150 + солома + пожнивный сидерат, замена чистого пара на эспарцетовый занятый (ЗПэ + NPK + С + Сп).
20. То же, что в варианте 19, + внесение под пропашные культуры дефеката в дозе 10 т/га (ЗПэ + NPK + С + Cn + Д).
Опыт заложен в трехкратной повторности, размещение вариантов рендомизированное в один ярус. Размер делянок 44 х 10 м, площадь 440 м2. После расщепления пропашных сахарной свеклы и кукурузы на силос размер делянок составляет 22 х 10 = 220 м2, в том числе учетная площадь 15 х 8 = 120 м2.
В 1994 г. схему опыта изменили, увеличив нормы минеральных удобрений (опыт 2).
1. Контрольный вариант: пар занятой (ПЗ) — озимая вико-ржаная смесь. Минеральные удобрения вносили при ранневесенней подкормке озимой пшеницы (N30 кг/га д. в.); биологический урожай соломы озимой пшеницы (5...7 т/га) (Coп) + пожнивный посев горчицы сарептской на зеленый корм после озимой пшеницы (Ск).
2. ПЗ + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100 + 40 т/га навоза (H) + (Ск) + 5...7 т/га биологического урожая соломы озимой пшеницы (Соп).
3. ПЗ + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100+ H + Ск.
4. ПЗ + N50P50K50, под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100 + Cк + двойная доза соломы озимой пшеницы (2Соп).
5. ПЗ + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу — N50P50K50+ Cк + Соп.
6. ПЗ + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100+Ск+Соп.
7. Внесение минеральных удобрений в занятой пар N50P50K50, под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N150P150K150 + Cк + Соп.
8. ПЗ + внесение минеральных удобрений в занятой пар N50P50K50, под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N200P200K200 + Ск + Соп.
9. ПЗ + внесение минеральных удобрений в занятой пар N50P50K50, под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N150P150K150 + Ск + Соп, под ячмень N50P50K50.
10. ПЗ + внесение минеральных удобрений в занятой пар N50P50K50, под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N150P150K150 и 10 т/га дефеката (Д) + Ск + Соп.
11. Пар сидеральный (СП) — озимая вико-ржаная смесь, контрольный вариант. Минеральные удобрения вносили в ранневесеннюю подкормку озимой пшеницы (N30) + запашка 5...7 т/га биологического урожая соломы озимой пшеницы (Соп) + солома ячменя (Ся) + пожнивный посев горчицы сарептской на зеленое удобрение после озимой пшеницы.
12. СП + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100 и 40 т/га навоза.
13. СП + Ся, внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100 + 40 т/га навоза + Суд.
14. СП + N50P50K50 + Ся, внесение под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N200P200K200 + Суд + 2 Соп.
15. СП + Ся, внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу и пропашные культуры по N50P50K50 + Суд + Соп.
16. СП + Ся, внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N100P100K100 + Суд + Соп.
17. СП + Ся + N50P50K50, внесение под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N50P50K50 + Суд + Соп.
18. СП + Ся + N50P50K50, внесение под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N200P200K200 + СУД + Соп.
19. СП + Ся + NPK(350) + Суд + Соп.
20. СП + Ся + N50P50K50, внесение под озимую пшеницу N100P100K100, под пропашные культуры N150P150K150 + Д + Суд + Соп.
Размещение вариантов в стационарном опыте рендомизированное, повторность трехкратная. Севооборот представлен всеми полями в пространстве, в опыте 480 делянок. Размер делянок первого порядка 44 х 10 = 440 м2, второго — 220 м2.
В опыте 3 изучали воспроизводство плодородия почвы в выводном поле люцерны. Схема опыта:

Опыт заложен в 1985 г., его проводили до 1989 г. Повторность четырехкратная, общая площадь делянки 300 м2, учетной — 160 м2.
В опыте 4 изучали продуктивность севооборотов с различным насыщением бобовыми культурами. Он был заложен в 1990 г. по следующей схеме:

Опыт заложен на двух фонах: органическая система удобрений и органо-минеральная. Доза внесения навоза (под сахарную свеклу) 70 т/га, минеральных удобрений под озимые N120P120К120 под сою, люцерну, горох P90K90, под сахарную свеклу, кукурузу на силос N150P150K150, под ячмень N90P90K90 кг/га д. в. В вариантах озимой пшеницы и сои оставляли и запахивали в почву нетоварную часть урожая.
В опыте 5 изучали влияние культур на воспроизводство плодородия почвы. Схема опыта следующая.
Блок бессменных культур: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, кукуруза на силос, ячмень.
Опыт заложен в 1972 г. и продолжался до 1989 г. Размер делянок 9х30 = 270 м2, учетная площадь 196 м2.
Опыт проводили на двух фонах: без внесения удобрений и с внесением минеральных удобрений. Дозы удобрений следующие: под озимую пшеницу при основном внесении N45P60K60 и N30 в подкормку; под ячмень N75P60K60; горох P60K60; под сахарную свеклу N90P120K120; под кукурузу на силос N90P120K120.
Анализы почвы и растений проводили по общепринятым методикам. Для определения содержания общего, водорастворимого, подвижного (гидролизуемого 0,1 н. щелочью) гумуса в почве использовали метод И. В. Тюрина в модификации В. Н. Симакова (окисление проводили по методу Б. А. Никитина).
Образцы почвы для определения массы корневых остатков отбирали буром (d= 12 см) по слоям почвы (0...10, 10...20, 20...30 см) и отмывали вручную на ситах с отверстиями диаметром 0,25 мм.
Массу пожнивных остатков (стерня, части стеблей и листьев) учитывали методом наложения метровок в десятикратной повторности.
Разложение послеуборочных остатков изучали следующими методами.
1. В модельном вегетационно-полевом опыте определяли темпы разложения растительных остатков сельскохозяйственных культур: озимой ржи, озимой пшеницы, сахарной свеклы, кукурузы на силос, вико-овсяной смеси. Для этого в сетки помещали 1 кг почвы и 15 г растительных остатков культур. Опыт заложен в трехкратной повторности, отмывку остатков проводили через год.
2. В лабораторном опыте в капроновые сосуды помещали 3 кг почвы и 15 г растительных остатков культур. Каждый год добавляли растительные остатки культур по схеме севооборота: вико-овсяная смесь — озимая пшеница — кукуруза на силос (сахарная свекла) — ячмень, то есть имитировали поступление растительных остатков севооборота и изучали скорость их разложения в благоприятных условиях (при температуре 25...27 °С и влажности почвы 60...70 % ПВ).
3. Разложение биомассы сидеральных культур проводили в полевом опыте. Навеску свежих органических веществ (25 г в воздушно-сухом состоянии) помещали в капроновые мешочки размером 25х30 см, натянутые на проволочный каркас, и закапывали в слои почвы 0...10, 10...20, 20...30 см. Перед посевом озимой пшеницы (через 60 дней) мешочки извлекали из почвы, отмывали оставшуюся массу остатков водой на ситах с отверстиями диаметром 0,25 мм и доводили до воздушно-сухого состояния. Скорость разложения биомассы определяли по убыли массы органического вещества за указанный период.
4. В вегетационном опыте изучение скорости разложения биомассы сидеральных культур проводили следующим образом: 3 кг воздушно-сухой почвы, взятой с бессменного (15 лет) чистого пара, тщательно перемешивали с 25 г сухого вещества сидератов (отдельно корни и надземную часть) и помещали в сосуды, которые выдерживали в вегетационном домике (теплице) при влажности 60...70 % ПВ и температуре 25 °С. Отмывку остатков проводили через 20, 40, 60 и 300 дней.
Повторность каждого определения четырехкратная. После отмывки и высушивания растительных остатков в них определяли содержание углерода по Анстету, азота, фосфора, калия колориметрически на пламенном фотометре. Все результаты анализов обрабатывали методом дисперсионного и корреляционного анализов на ПЭВМ.