Эффективность чередования культур в севооборотах в длительных опытах изучали в РГАУ — MCXA им. К. А. Тимирязева, Краснодарском НИИСХ, Украинском НИИ земледелия, Башкирском СХИ, а также в Ротамстеде (Англия), Галле (Германия), в Воронежском ГАУ им. К. Д. Глинки, ВНИИ сахарной свеклы и сахара им. А. Л. Мазлумова, НИИСХ центральночерноземной полосы им. В. В. Докучаева, Курском СХИ, на Тамбовской областной сельскохозяйственной станции, Елецкой опытной станции по картофелю.
Однако все эти исследования выполнены с внесением навоза и минеральных удобрений. Опытов по использованию комплекса агроприемов повышения плодородия проведено мало.
Результаты наших исследований свидетельствуют о высокой эффективности севооборотов в повышении продуктивности полевых культур (табл. 4.29...4.31).

В первую ротацию севооборотов урожайность озимой пшеницы существенно не отличалась по вариантам опыта. В контрольном варианте (без внесения удобрений) за счет мобилизации потенциального плодородия чернозема выщелоченного было получено 4,0 т/га зерна. При комплексном использовании способов повышения плодородия продуктивность увеличилась на 0,32 т/га (8,0%).
Большие нормы минеральных удобрений (N180P150К150) нередко вызывали полегание 60...80 % растений пшеницы (в контрольном варианте — около 20 %), устранить которое не удавалось даже при обработке посевов препаратами против полегания. Это, разумеется, приводило к снижению урожайности. Во вторую ротацию нормы азотных минеральных удобрений были уменьшены на 60 кг/га, их стали вносить дробно, полегания растений практически не наблюдалось, урожайность озимой пшеницы повысилась на 0,26...0,37 т/га.
В севообороты с силосной кукурузой (см. табл. 4.30) в почву поступало на 2,0...2,5 т/га больше растительных остатков по сравнению со свекловичными севооборотами, поэтому сбор зерна увеличился на 0,11 т/га. Последействие приемов воспроизводства плодородия способствовало увеличению сбора зерна озимых с 17,3 до 37,0 % (с 0,74 до 1,63 т/га). Более благоприятные условия для роста, формирования урожая зерна озимой пшеницы создавались в вариантах с внесением соломы, с запашкой сидератов на фоне минеральных удобрений.
В наиболее благоприятном 1994 г. урожайность озимой пшеницы в контрольном варианте была 6,0 т/га, а в вариантах комплексного воспроизводства плодородия черноземов — от 6,0 до 7,0 т/га и более. Пропашные культуры более требовательны к плодородию почвы. Интенсивные мобилизационные процессы в зернопаропропашном севообороте обеспечивали получение 30,0 т/га корнеплодов сахарной свеклы и 38,0...44,0 т/га зеленой массы кукурузы на силос. Получение высокого урожая пропашных культур возможно лишь при внесении минеральных удобрений.
Внесение N150P150K150 кг/га д. в. приводило к увеличению урожайности сахарной свеклы на 6,85 т/га, a N90P150K150 — на 5,9 т/га.
Совместное внесение навоза и минеральных удобрений обеспечивало прибавку урожайности корнеплодов в первую ротацию 9,35 т/га, а во вторую — на 2,05 т/га больше.
Комплекс приемов воспроизводства плодородия черноземных почв в среднем за две ротации севооборота способствовал увеличению урожайность сахарной свеклы на 10,4...11,4 т/га, кукурузы на силос на 8,0...13,4 т/га. Наибольшие прибавки урожая получали при внесении минеральных удобрений совместно с соломой и пожнивной сидерацией, а также при замене чистого пара на сидеральный и занятой.
Ячмень (см. табл. 4.31) в опыте был завершающей культурой севооборота. Непосредственно под него удобрения не вносили, он использовал лишь их последействие.
В среднем за годы исследований прибавка урожайности зерна ячменя составляла от 0,3 до 0,8 т/га (от 10 до 26 %). Высокая урожайность получена в севообороте с сидеральным и занятым парами при запашке биологического урожая соломы озимой пшеницы, пожнивного сидерата (горчицы сарептской) и внесении минеральных удобрений, а также дефеката.
Ячмень, высеваемый после кукурузы на силос, давал более высокий урожай зерна, чем высеваемый после сахарной свеклы. Это, очевидно, связано с высокой урожайностью сахарной свеклы и с большим выносом питательных веществ, которых меньше оставалось для ячменя. Сахарная свекла оставляет после себя меньше негумифицированных остатков, чем кукуруза на силос. Поэтому для ячменя лучше использовать в качестве предшественника кукурузу на силос.
Изучаемые приемы повышения плодородия черноземов важно оценить не только по урожайности культур севооборота, но и по продуктивности севооборотов в целом, а именно — по сбору зерновых и кормовых единиц с 1 га севооборотной площади (рис. 4.11, 4.12). Более продуктивными были севообороты с сахарной свеклой. Так, если в севооборотах с кукурузой на силос в контрольном варианте собрали 4,72 т/га зерновых единиц, то в свекловичном севообороте — на 8,7 % больше.

Удобрения, внесенные за ротацию по 300 кг/га д. в., способствовали увеличению продуктивности севооборотов на 15...17% по сравнению с контрольным вариантом. Использование навозно-минеральной системы удобрения при одинаковом поступлении питательных веществ приводило к повышению выхода зерновых единиц севооборотов с сахарной свеклой на 7,4 % по сравнению с внесением только минеральных удобрений.
Солома озимой пшеницы, запаханная в свекловичном севообороте на фоне внесения минеральных удобрений, обусловливала повышение ее общей продуктивности на 6,2 %. Поступившая в почву солома оказывала влияние на почвенные процессы в течение длительного времени, что сказывалось на росте урожайности возделываемых культур. В связи с этим исследования в стационарных опытах при систематическом применении соломы имеют особую ценность. Таких работ проведено немного. В Центрально-Черноземном регионе исследований по длительному влиянию соломы на продуктивность основных полевых культур севооборота до нас не проводили.
При сидерации паров многолетними бобовыми культурами (донник и эспарцет) продуктивность севооборотов увеличивалась на 5...8 %, хотя доза азотных удобрений при этом была уменьшена на 60 кг/га д. в. по сравнению с чистым паром в севооборотах.
Комплекс приемов, повышающих плодородие почвы, способствовал увеличению выхода зерновых единиц с 1 га севооборотной площади на 23...29 %. Более эффективными были приемы, обеспечивающие увеличение поступления в почву лабильного органического вещества, особенно в свекловичных севооборотах, менее выраженной эта тенденция оказалась в севооборотах с кукурузой на силос.
Следовательно, комплексное использование приемов оптимизации режима лабильного органического вещества черноземных почв в первую очередь необходимо в свекловичных севооборотах.
В эспарцетовом занятом пару, производящем бобовый зеленый корм, выход зерновых единиц увеличился на 17...19 % (по сравнению с чистым паром).

Таким образом, суммарная (общая) продуктивность севооборотов экономически обосновывает необходимость замены чистого пара на сидеральный и занятой, в которых возделывают многолетние бобовые травы на зеленый корм или на сидерат.
Перспективны в этом отношении биологические севообороты, насыщенные средовосстанавливающими бобовыми культурами, и энергосберегающие системы удобрений. Проводимые нами исследования (рис. 4.13) показали, что в первую ротацию севооборота при размещении озимой пшеницы по различным парам на фоне внесения органических удобрений получено в среднем от 2,37 до 3,14 т/га зерна.
При этом более высокой урожайность была при размещении озимой пшеницы по чистому пару, что свидетельствует о возможности черноземных почв формировать хороший урожай без применения техногенных средств. Однако мобилизационные возможности чернозема выщелоченного по мере его использования уменьшаются, что заметно уже во второй ротации севооборотов.
Совместное применение органических и минеральных удобрений приводило к увеличению урожайности озимой пшеницы на 1,15 т/га, или на 37 %.
Сахарная свекла более требовательна к плодородию почвы и сильно реагирует на его изменение. Так, в сидеральном пару (по сравнению с чистым) урожайность сахарной свеклы повышалась на 2,07 т/га, а в севооборотах с люцерной урожайность корнеплодов увеличивалась на 3,41...3,83 т/га.
Повышение плодородия почвы благоприятно сказывалось на увеличении урожайности кукурузы. Урожайность зеленой массы кукурузы, возделываемой после люцерны, по сравнению с размещением ее по озимой пшенице, увеличивалась на 3,14...6,91 т/га, при этом на фоне внесения минеральных удобрений было получено более 39 т/га зеленой массы.
Люцерну высевали весной беспокровно после сахарной свеклы. В первый год жизни проводили два подкашивания сорняков, по мере их отрастания, и в конце августа убирали полноценный урожай зеленой массы люцерны. На второй год убирали три укоса люцерны.
Введение в севооборот сои вместо ячменя благоприятно сказалось на его продуктивности (сбор зерновых единиц повысился на 8,27...13,45 т/га). В свою очередь, урожайность сои была больше в четвертом севообороте при размещении ее после кукурузы на силос, а не после озимой пшеницы.
Введение в севооборот люцерны оказывало положительное последействие на ячмень, его урожайность повышалась на 0,26...0,44 т/га. При этом на фоне органической системы удобрения эффективность последействия была больше.
Таким образом, при переходе на ресурсо- и энергосберегающие технологии возделывания культур в полевых севооборотах необходима активизация биологических факторов. Ведущим фактором в этом процессе должны стать бобовые культуры. При ведении в севообороты бобовых наблюдается увеличение урожайности зерновых культур, сахарной свеклы и кукурузы на силос.

Лучшим предшественником кукурузы была люцерна. Для уменьшения транспортных расходов на перевозку зеленой массы к местам потребления целесообразно размещать их посевы вблизи ферм.
Люцерна, повышая плодородие почвы, способствует увеличению урожайности всех культур севооборота. При насыщении севооборотов бобовыми культурами, использовании сидератов, запашке соломы озимой пшеницы, внесении в среднем 10 т/га навоза можно получить 30 т/га корнеплодов сахарной свеклы и более 30 т/га зеленой массы кукурузы на силос.
Дополнение биологических факторов плодородия техногенными (минеральные удобрения) приводит к увеличению урожайности всех культур севооборота.