При проведении исследований по севооборотной тематике используется весь арсенал современных методов изучения почвы, растений, окружающей среды, каким располагает современная агрономическая наука.
Но в севообороте помимо того, что основными объектами изучения фигурируют почва, различные культурные и сорные растения, проявляется еще их взаимодействие, многостороннее влияние на них предшественников, удобрений, обработки почвы, вредителей, болезней, средств защиты растений, регуляторов роста, орошения, осушения, погоды и других различных факторов.
В то же время севооборот или система севооборотов как основополагающая часть современных систем земледелия функционирует на разных уровнях интенсификации и специализации сельскохозяйственного производства, на фоне бесконечного разнообразия географических, почвенноклиматических, социально-экономических, организационно-хозяйственных, демографических, экологических и других антропогенных условий.
Как известно из курса методики опытного дела, для решения возникающих научно-исследовательских задач агрономические науки пользуются различными экспериментальными методами. Основным методом научной агрономии является полевой опыт, который проводится в обстановке, близкой к производственным условиям. Полевым методом широко пользуются научно-исследовательские учреждения при разработке и проверке новых агротехнических приемов или их комплексов. Полевой опыт является основным методом агрономических исследований, направленных на разработку агромероприятий, обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повышение качества продукции и снижение затрат труда и средств производства.
Особенность полевого опыта состоит в том, что он осуществляется непосредственно в поле, где изучаемые приемы воздействуют на растение в совокупности с почвенными, климатическими, а также другими факторами, близкими или одинаковыми с производственными условиями.
При изучении вопросов теории и практики севооборота в зависимости от поставленных задач могут быть использованы как однофакторные, так и многофакторные полевые опыты.
Для решения простых задач: подбора лучших предшественников, парозанимающих, пожнивных, подсевных и других промежуточных культур, для определения совместимости и самосовместимости культур, лучших севооборотных звеньев, — целесообразно использовать однофакторные краткосрочные (до 3-4-х лет) полевые опыты, не требующие больших затрат.
Они проводятся на одном, но высоком агротехническом фоне с использованием перспективных адаптивных сортов, прогрессивной энергосберегающей и почвозащитной системы обработки почвы, системы удобрений, разработанной на получение запланированных высоких урожаев, системы интегрированной защиты растений, регуляторов роста и других прогрессивных приемов современных агротехнологий, отвечающих требованиям экологически чистого и точного земледелия.
В однофакторных многолетних опытах на одном агрофоне можно проводить сравнительное изучение различных севооборотов с продолжительностью более одной ротации (5-15 лет и более).
Однофакторные полевые опыты по выше приведенной севооборотной тематике требуют точных сравнений и статистической оценки полученных результатов на основе принципа единственного различия. Они должны быть заложены методом рендомизации изучаемых вариантов в 3-4 повторениях и с учетной площадью делянок 80-100 м2, позволяющей механизировать выполнение основных агротехнических приемов. Для того, чтобы охватить влияние различных погодных условий по годам, проводят не менее трех закладок однофакторных опытов в разные годы.
Исследования вопросов чередования культур начинают с опытов по изучению совместимости и самосовместимости культур. Цель таких опытов — определение наилучших сочетаний культур одной хозяйственной группы (зерновых, технических, кормовых и т. д.) и их влияния на плодородие почвы и урожайность последующих культур. Опыт продолжается не менее 4 лет: в первый год подбирают участок, проводят рекогносцировочный посев предшествующей культуры, дробный учет урожая, исходные анализы почвы; во второй год — посев опытных культур; на третий — посев всех тех же культур по всем испытываемым культурам методом расщепленных делянок и на четвертый год — посев контрольной культуры (последействие) или повторение посева опытных культур второго года. В последнем случае опыт продолжается еще 2 года. Контролем служат повторные посевы каждой культуры.
Примерная схема опыта по совместимости зерновых культур
Первый год — предшественник, пригодный для всех подопытных культур (озимых и яровых);
Второй год — опытные культуры а, б, в, г;
Третий год — аа, аб, ав, аг; ба, бб, бв, бг; ва, вб, вв, вг, га, гб, гв, гг;
Четвертый год — контрольная культура, не участвующая в испытании.
Первая буква обозначает культуру второго года, а вторая — культуру третьего года.
Одновременно с опытами по изучению совместимости с.-х. культур проводят полевые опыты с изучением севооборотных звеньев. Цель опытов — выявление наилучших вариантов высокого насыщения звеньев севооборотов основными культурами, исследование условий их произрастания, определение величины и качества урожая, экономическая оценка изучаемых вариантов. В отличие от опытов по совместимости в этих опытах изучают: действие и последействие трех-четырехлегних звеньев с различным чередованием культур. Продуктивность каждого звена определяют по общему выходу продукции за все годы опыта, а последействие — по урожаям контрольных культур, завершающих звенья. На четвертый и пятый годы опыт занимают одинаковыми для всех вариантов культурами для учета последействия севооборотных звеньев. Опыты ставят не менее 3 лет подряд при учетной площади делянок от 50 до 500 м. Можно также пользоваться методом закладки опыта со звеньями севооборота и развертыванием на одном опытном участке всех звеньев в последовательности, предусмотренной схемой опыта. При этом участок, занятый каждой повторностью, делят на равные части (блоки) по числу высеваемых в звене культур, включая и контрольные. Для приведенной схемы участок повторности делят на три поля. В каждом из них последовательно закладывают варианты с культурами первого года. На второй год в первом поле будут культуры второго года, на третий и четвертый — контрольные культуры.
Повторность опыта минимум четырехкратная, с полным развертыванием звеньев. Расположение вариантов в каждой повторности рендомизированное. Контролем служит лучшее общепринятое звено.
Полевые опыты с промежуточными культурами закладываются с целью выявления наиболее ценных видов промежуточных культур, повышающих продуктивность севооборотных звеньев.
Эта простая схема может быть видоизменена введением вариантов с использованием пожнивных культур на корм и зеленое удобрение, введением вариантов других севооборотных звеньев, подсевных и озимых промежуточных культур, различных органических и минеральных удобрений и т. д. При этом учитывается влияние промежуточных культур на общую продуктивность севооборотных звеньев, на основные показатели плодородия почвы, фитосанитарное состояние полей, экологическую и почвозащитную функцию севооборотных звеньев.
Полевые опыты по изучению специализированных севооборотов проводятся с целью установления наиболее эффективных как по продуктивности, так и по влиянию на плодородие почвы специализированных севооборотов для данной зоны. Опыты закладывают с развертыванием всех полей на площади. Опытные севообороты могут иметь как одинаковую, так и разную продолжительность ротации. Повторность трех-четырех-кратная.
Опыты рекомендуется закладывать на высоких агрофонах с учетом перспективы на ближайшие 10-15 лет по расчету на максимальную биологическую продуктивность культуры и сорта в данных условиях.
В качестве контроля берут оптимальные схемы уже изученных в зоне севооборотов. Каждый опыт продолжается в течение минимум одной ротации севооборота.
Когда используется схема изучения всего комплекса этих вопросов в многофакторных полевых опытах, то она позволяет выявить эффекты взаимодействия севооборота с различными приемами агротехники. Такие опыты имеют более сложную структуру, но по своей сути, по решению стоящих перед ними задач они ближе к запросам практического земледелия, так как позволяют ответить на многие вопросы, связанные с комплексным применением современных агротехнологий.
Многофакторные опыты содержат все возможные сочетания изучаемых факторов, что позволяет, с одной стороны, вычленить эффекты взаимодействия изучаемых факторов, а с другой стороны — иметь так называемую кривую поверхности распределения как основу точного дозирования факторов при реализации принципов точного земледелия в современных агротехнологиях.
Общую продуктивность севооборотов оценивают по выходу продукции на единицу севооборотной площади в натуральных единицах (зерно), в условных единицах (кормовых, протеиновых, кормопротеиновых, зерновых, энергетических и др.) и в денежном выражении по рыночным оптовым или розничным ценам.
При определении общей продуктивности из урожаев всех культур севооборота следует исключить семена, израсходованные на посев.
Экономическую оценку севооборотов проводят по общей их продуктивности, качеству продукции, а также по себестоимости продукции.
Агроэкологическую оценку севооборотов проводят по показателям экологической чистоты почвы, растений, грунтовых вод, получаемой продукции (содержание нитратов, тяжелых металлов, радионуклидов), а также по степени смытости почвы, по возможным темпам ее эрозии.