В густонаселенной Западной Европе, где в течение целого тысячелетия использовался трехпольный севооборот с полем чистого пара и двумя полями зерновых культур.
Расширение площади пашни за счет распашки лугов здесь привело к сокращению поголовья скота и к уменьшению применения навоза на полях, к снижению урожая зерновых культур. В XVI веке на полях Бельгии и Голландии появляются посевы клевера, который в условиях влажного и теплого приморского климата давал высокие урожаи высококачественного корма для скота, повышая количество навоза, и улучшал почву, повышая урожай зерновых культур. В то время никакого научного объяснения этому явлению не было и не могло быть, но бесспорно было то, что бобовая культура клевер оказалась прекрасным предшественником для важнейшей зерновой озимой культуры.
Это обстоятельство послужило основанием для замены чистого пара клеверным в трехпольном севообороте, в котором клевер подсевали под яровые зерновые культуры, и он занимал паровое поле. Отказ от парового поля позволил увеличить посевную площадь севооборота с 66,7% до 100, то есть коэффициент использования пашни (отношение площади посева к площади пашни) увеличился в полтора раза.
Первым активным пропагандистом и распространителем идей клеверосеяния в Германии и Австрии во второй половине XVIII века был Иоганн Шубарт. Причиной бедственного положения крестьян этих стран он видел в том, что при паровой системе земледелия третья часть пашни пустует. Он называл чистый пар «чумой сельского хозяйства» и убеждал крестьян в необходимости его замены клеверным паром.
Однако наряду с преимуществами севооборот Шубарта — улучшенное клевером трехполье вскоре проявил и свои недостатки. Из-за частого возврата клевера на одно и то же поле, особенно при повторных его посевах стало проявляться «клевероутомление», природа которого в то время еще не была выявлена.
Проблема почвоутомления в то время беспокоила многих ученых, но отсутствие методов тонкого биохимического анализа не позволяло точно установить причины этого явления. Были лишь различные предположения о сущности этого явления. Наиболее близкими к истине были высказывания О. П. де Кандоля (1813), швейцарского ученого-ботаника, который считал, что все растения выделяют своими корнями вещества, которые токсичны для растений того же вида, тогда как для других растений эти вещества безвредны. Это и было причиной снижения урожая клевера и других культур при повторных посевах. Отсюда напрашивался вывод о необходимости чередования культур на полях для устранения почвоутомления и связанного с ним снижения урожая.
И действительно проблема клевероутомления разрешилась сама собой тем, что с появлением на полях картофеля, сахарной свеклы, кормовых корнеплодов и других культур к трем полям севооборота добавилось четвертое поле, занятое пропашными культурами. Это четвертое поле пропашных культур в зернопаровом чередовании разрывало посев зерновых культур по зерновым и увеличивало продолжительность периода между возвращением посева клевера на одно и тоже поле. И чередование приняло тот вид, который в агрономической литературе получил название плодосменного норфолькского севооборота: 1) клевер, 2) озимая пшеница, 3) турнепс, 4) ячмень с подсевом клевера.
Учение о плодосмене стало краеугольным камнем теории севооборота, и надолго определило развитие научной агрономии.
Плодосменный севооборот стал основой новой, прогрессивной плодосменной системы земледелия, которая пришла на смену зернопаровой системе в странах Западной Европы. Даже самый поверхностный взгляд на эти две принципиально разные системы землепользования показывают бесспорные преимущества плодосмена и по структуре посевных площадей, и по чередованию культур в севооборотах, которые являются их основой.
В плодосменном чередовании поле клевера стало основополагающим для воспроизводства плодородия почвы и кардинальным улучшением использования пашни. Но это улучшение былого зернопарового чередования усиливается введением поля пропашных культур.
Пропашное поле существенно улучшило чередование теперь уже в четырехпольном севообороте, так как под пропашные культуры стали вносить органические удобрения, глубоко рыхлить почву с осени и вести интенсивную обработку междурядий. Интенсивные обработки почвы очищали поля с пропашными культурами от сорняков, почва после пропашных культур оставалась рыхлой и богатой питательными веществами, так как внесенный под пропашные культуры навоз имел длительное положительное последействие на почву, которое дополнялось таким же последействием клевера. Вместе с полем клевера пропашные культуры создавали в этом наборе культур благоприятное соотношение с позиций рационального использования пашни и воспроизводства плодородия почвы.
Активный пропагандист научного земледелия и распространитель идей плодосмена в Германии А. Тэер делил все культуры плодосмена на две равные группы «почвоулучшателей» и «почвоухудшателей». К первым относятся клевер или другие бобовые культуры и пропашные культуры. Ко вторым относятся зерновые культуры. И те, и другие должны занимать одинаковую площадь в севообороте с тем, чтобы снимать отрицательное воздействие «почвоухудшателей».
На этом основании А. Тэер для условий Германии разработал и рекомендовал севооборот: 1) клевер, 2) озимая рожь, 3) картофель, 4) ячмень с подсевом клевера, который он в дальнейшем усовершенствовал, усилив эффект плодосмена в шестипольном чередовании за счет высокого удельного веса (30%) бобового почвоулучшателя: 1) клевер, 2) озимая рожь, 3) горох, 4) озимая рожь и овес, 5) картофель, 6) ячмень с подсевом клевера.
По мере совершенствования структуры посевных площадей и способов использования земли в западноевропейских странах в XVIII — XIX в. в. появлялись различные формы плодосмена. Так, во Франции стали использовать пятипольный плодосмен: 1) клевер, 2) озимая пшеница, 3) овес, 4) корнеплоды, 5) ячмень с подсевом клевера. В Бельгии, используя преимущества приморского климата, стали реализовать четырехпольный плодосмен за три года: 1) клевер, 2) озимые зерновые+пожнивный посев репы, 3) ячмень с подсевом клевера. Или же, наоборот, в этой же стране удлиняли плодосмен до 5 лет двухгодичным использованием клевера, который, благодаря мягкому влажному климату, за год давал 3-4 укоса: 1) клевер 1 г. п., 2) клевер 2 г. п., 3) озимые зерновые, 4) корнеплоды, 5) яровые зерновые с подсевом клевера. А в Дании пошли по этому пути еще дальше — стали использовать сдвоенный плодосмен в восьмипольном севообороте: 1) клевер 1 г. п., 2) клевер 2 г. п., 3).озимые зерновые, 4) корнеплоды. 5) ячмень, 6) овес, 7) корнеплоды, 8) яровые зерновые с подсевом клевера.
Плодосмен сыграл большую роль в развитии земледелия западноевропейских стран. По данным Д. Н. Прянишникова (1963), благодаря широкому использованию плодосмена, урожай зерновых культур в странах Западной Европы в XIX веке увеличился с 6 до 16 ц/га, а когда на фоне плодосмена Западная Европа стала применять минеральные удобрения, то урожай зерновых в этих странах к 1925 году повысился до 30 ц/га.
В России первым активным пропагандистом полевого травосеяния и автором разработки на этой основе новых севооборотов был А. Т. Болотов. В 1771 году он опубликовал свой научный труд «О разделении полей», в котором он предлагал переход существующей паровой системы земледелия к выгонной на основе семипольного севооборота: 1) пар, 2) озимые зерновые, 3) яровые «лучшие» (пшеница, ячмень, лен, просо), 4. яровые «худшие» (овес, горох, гречиха, рожь), 4-7) выгон. Под выгоном имелись ввиду поля, зарастающие диким разнотравьем с особым режимом выпаса и скашивания, с мероприятиями по их окультуриванию, в том числе и путем подсева трав. Травосеянию посвящены и другие работы А. Т. Болотова: «О посеве трав» (1779), «Об улучшении лугов» (1779) и другие. В своем капитальном труде «О разведении кормовых трав на полях» (1859) А. В. Советов отмечает заслуги А. Т. Болотова как пионера полевого травосеяния в России.
Другой классик отечественной агрономии И. М. Комов в 1788 г. издал монографию «О земледелии», в которой утверждал, что восстановление и поддержание плодородия почвы являются важнейшими задачами земледелия, которые решаются при помощи вспашки, навозного удобрения и плодосменного севооборота.
Еще задолго до А. Тэера все растения И. М. Комов разделил на две группы: истощающие почву, куда относятся зерновые и масличные, и обогащающие почву — корнеплоды и травы. С этих позиций он резко критиковал существовавшую паровую систему земледелия, отмечая невозможность при такой системе успешно развивать животноводство и обильно удобрять землю, неизбежность истощения естественного плодородия почвы, падения урожайности и доходов хозяйства. И. М. Комов предлагал «учредить оборот посева разных растений, чтобы земли не изнурять и прибыли от нее получить как можно больше. Этого можно достичь, если поочередно то овощ, то хлеб, то траву сеять».
И. М. Комов предложил два примерных шестипольных севооборота. Для районов, где земля плохая или ее много, а земледельцев мало: 1) яровые с травами, 2) травы, 3) озимые, 4) пропашные, 5) яровые с травами, 6) травы. Для районов, где земли мало, а людей много: 1) озимые, 2) яровые, 3) пропашные, 4) яровые с травами, 5) травы, 6) яровые.
Подчеркивая, что предложенные им севообороты являются только примерными, И. М. Комов указывал, что нет на все времена общих и постоянных правил «в столь многообразном и многопеременном искусстве», как земледелие. Поэтому он советовал сначала ставить опыты на небольших участках земли, узнать «какой хлеб или овощ для его земли годнее, какой навоз полезнее и на какую глубину семена сеять надежнее». И лишь затем «начинать сеять поля целые».
Д. Н. Прянишников одним из первых дал научное обоснование плодосмена, подчеркивая особое значение клевера как азотонакопителя в почве и пропашных культур — картофеля, сахарной свеклы, кукурузы и других культур, технология возделывания которых с интенсивными обработками и удобрениями почвы оказывает большое влияние на ее агрофизические, химические, биологические свойства и на фитосанитарное состояние посевов.
Раскрывая сущность плодосмена с научных позиций и отмечая его большое значение в развитии систем земледелия, Д. Н. Прянишников в то же время предостерегал о том, что в чистом виде норфольский плодосмен неприемлем для разнообразных условий российского земледелия, и в наибольшей степени пригоден для использования в свеклосеющих районах. Однако принципы плодосмена должны быть использованы для улучшения теории и практики севооборота во всех регионах России.
Эти очень важные и в теоретическом и в практическом отношении выводы Д. Н. Прянишникова о значении плодосмена, к сожалению, в свое время не нашли в нашей стране дальнейшего развития. Причина такой недооценки заключалась в том, что в теории и практике земледелия, начиная с 30-х годов, возобладала поддержанная партийными и государственными органами травопольная система земледелия В. Р. Вильямса как единственно верная для всей страны. Но во второй половине XX века принципы плодосмена получили свое достойное признание в теории севооборота, и нашли широкое распространение в практике земледелия нашей страны.