Важным резервом оптимизации структуры посевных площадей в севооборотах, повышении их агроэкологической функции являются посевы промежуточных культур.
Во многих регионах России после рано убираемых и до посева основных культур севооборота имеется период теплого времени года, хорошо обеспеченный агроклиматическими ресурсами для получения достаточно высокого урожая кормов с помощью посевов пожнивных, подсевных, поукосных и озимых промежуточных культур.
Промежуточные культуры позволяют наиболее полно использовать пашню, солнечную энергию, атмосферные осадки и дополнительно к урожаю основных культур получать урожай кормов и другой продукции с одного и того же поля. На орошаемых и осушаемых площадях пашни эти культуры дают возможность более полно использовать оросительную воду и дорогостоящие гидротехнические сооружения, технику и рабочую силу.
Пожнивные и поукосные культуры занимают важное место в укреплении кормовой базы животноводства. Прежде всего, они являются одним из основных звеньев зеленого конвейера, поскольку дают корма в те периоды года, когда основные кормовые культуры еще не достигли кормовой спелости (весной) или уже сошли с полей (осенью). При достаточной обеспеченности животных свежей зеленой массой, промежуточные культуры служат высококачественным исходным сырьем для заготовки кормов на стойловый период (ранний сенаж, силос, сено, витаминная мука, гранулы, брикеты).
Зеленое удобрение играло и продолжает играть большую роль в окультуривании песчаных и других почв. Немецкий агроном Шульц-Люпитц одну из самых распространенных сидеральных культур — люпин — называл «благословлением песков» и во второй половине XIX века широко пропагандировал и использовал для освоения вересковых пустошей в Пруссии. Его система «люпин-картофель» на малоплодородных песчаных почвах немецких крестьян позволила поднять урожайность картофеля с 8 до 20 т/га. В настоящее время пожнивные посевы сидеритов в западноевропейских странах ежегодно занимают миллионы гектаров и служат важным фактором биологизации земледелия на фоне минеральных удобрений. Широко распространена практика использования пожнивного зеленого удобрения (различные крестоцветные культуры) в смеси с измельченной соломой зерновых культур на фоне минерального азотного удобрения.
Активным пропагандистом зеленого удобрения был основоположник отечественной агрохимии академик Д. Н. Прянишников, который придавал большое значение биологическому азоту в земледелии. В своей работе «Азотный баланс в земледелии и значение культуры бобовых» (1936) Д. Н. Прянишников, отдавая первенство клеверу в пополнении запасов азота в почве, отмечал необходимость широкого распространения на малоплодородных почвах культуры люпина. В другой работе «Люпин, фосфорит и зола как замена навоза на тощих землях» он показывал возможности замены навоза в пару люпином и впервые высказал предложения о возможностях использования многолетнего люпина.
Его идеи биологизации земледелия в современных условиях острого дефицита органических, а также азотных и других минеральных удобрений приобретают огромное значение, особенно для агроландшафтов Нечерноземной зоны.
Условия промывного режима в этом регионе определяют высокую динамичность процессов минерализации гумуса, и в зависимости от вида возделываемых полевых культур и интенсивности обработки почвы этого региона теряют в среднем от 0,5 до 1,5 т/га гумуса ежегодно.
В этих условиях приобретают особое значение промежуточная форма сидерации, когда вместо сидерального пара используются культуры, выращенные в виде пожнивных, подсевных и других.
Пожнивные и другие промежуточные сидераты экономически выгодны тем, что для их выращивания не требуется на все лето занимать целое поле, как это имеет место при использовании сидеральных паров. Промежуточные сидераты дают урожай зеленой массы, выращенной в промежуток времени между возделыванием основных культур севооборота без снижения выхода основной продукции — зерна, картофеля и т. п.
Во многих областях Нечерноземной зоны однолетние формы люпина (синий, узколистный и желтый) при пожнивном посеве не успевают до наступления устойчивого осеннего похолодания сформировать значительный урожай зеленой массы, оправдывающий затраты на его пожнивный посев. Поэтому в качестве зеленого удобрения оказались более пригодными пожнивные посевы следующих культур (горчица белая, редька масличная, рапс яровой и озимый, фацелия), которые при посеве в первой половине августа после уборки озимых зерновых культур, быстро дают дружные всходы, хорошо растут в условиях прохладной влажной осени и успевают за 40-45 дней, сформировать по 15-20 т/га зеленой массы. Перспективными являются также подсевные культуры: сераделла, райграс однолетний, донник, люпин многолетний и другие.
В Центральном регионе одной из перспективных пожнивных сидеральных культур является горчица белая (Sinapis alba L.). При посеве сразу после уборки озимых культур в первой декаде августа эта культура в условиях влажной осени быстро растет, хорошо переносит ранние осенние заморозки и до наступления устойчивого похолодания (середина октября) успевает зацвести и дать в среднем 18-20 т/га зеленой массы высокой удобрительной ценности. В наиболее благоприятные годы с теплой и дождливой осенью посевы пожнивной горчицы формировали по 30-35 т/га зеленой массы или 4-4,5 т/га абсолютно сухого вещества, с 1 т которого в почву поступает в среднем 386 кг углерода, 31 кг азота, 11 кг P2O5 и 19 к/га К2O. Для химического состава сидерата характерно узкое соотношение С : N близкое к 10 : 1, что ниже чем в навозе хорошего качества, где оно составляет в среднем 20 : 1. Внесение в почву органического вещества с узким соотношением углерода и азота усиливает процессы его минерализации и приводит к накоплению питательных веществ в почве. При широком соотношении С : N, как например в содоме (40-50 : 1), наоборот наблюдается иммобилизация азота почвы.
В силу этих особенностей трансформации актуальным является сочетание пожнивной сидерации с удобрением соломой, особенно в специализированных зерновых севооборотах с предельным их насыщеяшем посевами зерновых культур.
Исключение из полевого севооборота посевов многолетних трав и доведение удельного веса зерновых культур до 83% посевной площади севооборота снижает поступление растительных остатков в почву в среднем за ротацию с 5 до 3,80 т/га, или на 25%. При этом на 19% снижается поступление углерода в почву.
Длительное использование пожнивного сидерата горчицы белой на половине площади зернового севооборота повышает поступление органического вещества в почву на 32%, а совместное его применение с соломой — в 1,8 раза.
При этом прибавка углерода в почве составляет 58 и 87% соответственно. Повторное и бессменное возделывание зерновых при низких дозах внесения удобрений снижает поступление органического вещества и углерода в почву более чем вдвое по сравнению с плодосменным севооборотом. На фоне минеральных удобрений различия по этим показателям сглаживаются и приближаются к севообороту.
Существенное обогащение почвы органическим веществом в виде зеленой массы пожнивного сидерата, соломы, корневых и пожнивных остатков на фоне минеральных удобрений позволяло в течение 18 лет поддерживать в зерновом севообороте бездефицитный баланс азота и гумуса. Увеличение доли зерновых до 83% снижало поступление углерода в почву на 25%, а абсолютное содержание гумуса на 0,21%, или на 6,3 т/га. Длительное применение пожнивной сидерации позволяло поддерживать баланс гумуса в пахотном слое почвы на том же уровне, что и в плодосменном севообороте с 2 полями многолетних трав.
Перевод питательных веществ минеральных удобрений в органическую форму зеленой массы сидерата сокращает их потери и улучшает баланс азота, фосфора и калия. При запашке пожнивного сидерата существенно улучшается азотное питание ячменя и других зерновых культур, а коэффициент использования азота минеральных удобрений повышается на 40-60%.
Постоянное обогащение дерново-подзолистой почвы свежей органической массой пожнивного сидерата с узким соотношением С : N и богатой сахарами и другими углеводами создавало благоприятные условия для активизации сапрофитной микрофлоры в почве, которая изменеяет процессы трансформации органического вещества в сторону минералицации, что повышает запасы доступных элементов питания для последующих культур. Зеленая масса пожнивного сидерата служит своеобразной «растопкой» для биологической активности почвы и повышает ее в 1,3-1,5 раза, при этом повышается ферментативная активность уреазы на 52 %, протеазы — на 45%, иевертазы — на 10%, каталазы — на 17%.
Изменение видового состава почвенной микрофлоры в сторону увеличения численности бактерий рода Clostridium увеличивают азотофиксирующую способность почвы в 6-10 раз. Ускоряя разложение растительных остатков — носителей почвенных фитопатогенов — зеленое удобрение в несколько раз повышает биологическую активность сапрофитной микрофлоры, которая является антагонистом почвенных грибов — возбудителей многих болезней культурных растений. В результате этих процессов после пожнивной сидерации поражение ячменя корневыми гнилями снижалось в 1,5-2 раза. Пожнивная сидерация также снижает поражение картофеля паршой обыкновенной в 2-2,4 раза, ризоктониозом — в 1,7-5,3 раза. Подтверждением активизации почвенной биоты при использовании пожнивной сидерации служат и результаты учета количества дождевых червей, численность которых в пахотном слое увеличилось в 1,5-2 раза.
Запашка пожнивного зеленого удобрения повышает конкурентную способность культурных растений к сорнякам, а в совокупности с активным подавлением их быстро растущими посевами пожнивной горчицы обеспечивает высокий сороочищающий эффект. При этом количество сорняков в посевах зерновых культур в среднем за ротацию 6-польного севооборота уменьшалось с 36 до 19 шт/м2, или на 47%, что даёт возможность с окращения использования гербицидов до экологически безопасного уровня.
Положительное влияние пожнивного сидерата на плодородие дерновоподзолистой почвы, а также фитосанитарное состояние посевов благоприятно сказывается на росте, развитии и урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности севооборотов. По данным кафедры земледелия и методики опытного дела РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева внесение 20 т/га навоза повышает урожайность картофеля на 48%, равноценное ему количество минеральных удобрений — на 36%, запашка зеленой массы пожнивной горчицы (15-20 т/га) в чистом виде — на 49%, а в сочетании с удобрением соломой (5-6 т/га) — на 58%. При этом повышается товарность клубней и содержание крахмала в них.