Продуктивность сельскохозяйственных культур обусловливается целым рядом факторов, оказывающих прямое и/или косвенное влияние на питание растений.
Наряду с применением удобрений, урожайность растений в значительной мере обусловливается климатическими и агротехническими условиями их возделывания.
В свое время Д. И. Менделеев писал — «Я восстаю против тех, кто устно или письменно проповедует, что все дело в удобрениях, что хорошо удабривая почву можно кое-как пахать». Глубокий смыл этих слов состоит в том, что применение удобрений является определяющим, но явно недостаточным фактором получения планируемых урожаев. Высокая эффективность минеральных удобрений и других средств химизации земледелия достигается лишь при полном соблюдении теоретически обоснованных зональных агротехнических приемов возделывания культур.
Во многих регионах России климатические и погодные условия оказывают определяющее влияние на урожайность сельскохозяйственных культур и его качество, эффективность удобрений и затраты на производство растениеводческой продукции, специализацию хозяйств, плотность и социальное положение населения.
В этой связи при разработке системы применения удобрений в хозяйстве необходимо учитывать агрохимическую характеристику полей, уровень урожайности отдельных культур за последние годы, количество применяемых органических и минеральных удобрений. Важно также проанализировать и выявить причины несоответствия (если есть) продуктивности посевов биоклиматическому потенциалу зоны, уровню применения минеральных удобрений и агротехнике возделывания культур.
Биоклиматический потенциал, характеризующийся комплексом климатических факторов (приход солнечной радиации, продолжительность вегетационного периода, температура, количество и динамика осадков и др.), определяет возможную биологическую продуктивность сельскохозяйственных культур, назначение земель, структуру посевных площадей и экономическую эффективность растениеводства в данном регионе.
Действие климата на рост и развитие растений, процессы превращения элементов питания в почве и эффективность удобрений проявляется в основном через водный и температурный режимы, продолжительность вегетационного периода, интенсивность весеннего потепления и характер осенних заморозков. Каждый из отдельных составляющих климата (погоды) оказывают многостороннее действие на формирование урожая и качества продукции. Климат определяет направленность и интенсивность процессов превращения удобрений в почве, оказывает прямое влияние на условия произрастания сельскохозяйственных растений и потребление ими элементов питания из почвы и удобрений. Наиболее высокая эффективность удобрений проявляется обычно при влажности почвы — 65-80% НВ.
Если учесть, что среднегодовое количество осадков в Нечерноземье значительно (в 1,5-1,7 раза) превышает испарение, то несмотря на неравномерность выпадения осадков по годам и распределения в течение вегетационного периода, влагообеспеченность растений в течение вегетации сельскохозяйственных культур, как правило, не лимитирует их рост и развитие. В степных районах, напротив, количество осадков и динамика их распределения в течение вегетации является ключевым фактором продуктивности сельскохозяйственных культур.
Немаловажное значение в повышении эффективности применения удобрений имеет тепловой режим. Земледельческие районы, где сумма эффективных температур составляет 1200-1800°С сельскохозяйственные культуры находится в условиях недостаточной теплообеспеченности. Пониженные температуры заметно снижают скорость поглощения элементов питания растениями и интенсивность микробиологических процессов в почве.
В Нечерноземной зоне годы с пониженными температурами часто сочетаются с избыточным количеством осадков, что приводит к длительному переувлажнению почв, снижению урожайности и эффективности удобрений. Учёт влияния климатических и погодных условий на характер превращения в почве и эффективность удобрений имеет важное значение для разработки системы удобрения. Ключевую роль при планировании уровня продуктивности сельскохозяйственных культур в севообороте имеет биоклиматический потенциал зоны и, прежде всего, длительность вегетационного периода, температурный и водный режимы. Улучшение климатических условий в направлении с севера на юг и с запада на восток позволяет получать более высокие урожаи. В таком же направлении повышается эффективность удобрений.
Важно отметить, что если в естественных условиях растительные сообщества формируются в процессе длительных конкурентных взаимоотношений, сукцессии и адаптации растений к почвенно-климатическим условиям, в результате его их продуктивность близка к максимальной в данных условиях среды, то максимальная продуктивность пахотных земель может быть достигнута только агротехническими приемами оптимизации минерального питания и условий произрастания сельскохозяйственных культур.