Биологизация земледелия и связанное с ней биологическое взаимодействие в системе «почва — растение — атмосфера» определяет эффективность биологического воспроизводства плодородия почвы в современных севооборотах.
Именно в таком биологическом взаимодействии создавалась почва, формировалось ее плодородие в природных условиях.
Биологическая природа плодородия почвы определяется тем, что она создана живыми существами — растениями и микроорганизмами, которые и в агроценозах играют большую роль при формировании плодородия почвы. Почва как живой организм обладает плодородием, пока в ней активно идут биохимические процессы, связанные с ростом и развитием корневых систем, жизнедеятельностью почвенной микрофлоры и энтомофауны.
Плодосмен является важным средством воздействия разных по биологии растений и групп микроорганизмов на плодородие почвы, биологическим фактором его воспроизводства, а также надежным способом для устранения явления почвоутомления.
Почвоутомление является комплексным явлением, которое вызывается многими причинами. Наряду с накоплением в почве растительных выделений — токсинов — оно связано с накоплением в почве нематод, фитопатогенных микроорганизмов, с односторонним истощением почвы питательными макро — и микроэлементами, со снижением ферментативной активности почвы и другими причинами биологического порядка.
При специализации земледелия, определяющим повторное и даже бессменное возделывание сельскохозяйственных культур, почвоутомление усиливается массовым поражением растений различными специализированными болезнями. У зерновых культур это болезни корневой гнили и бурая ржавчина, у льна — фузариоз, у картофеля — парша и фитофтороз, у сахарной свеклы — корнеед и церкоспороз, у капусты — кила и т. д. Возбудители этих болезней — почвенная фитопатогенная микрофлора, которая сохраняется на растительных остатках и при бессменных посевах размножается в геометрической прогрессии.
Исследованиями ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии установлено, что под влиянием бессменного посева и севооборота существенно изменяется состав почвенной микрофлоры. В почве под озимой пшеницей в севообороте отмечено увеличение числа высокоактивных артробактерий и бактерий с высокой ферментативной активностью — спутниц хорошо удобряемых почв, тогда как при бессменном посеве их мало и в почве преобладают псевдомонады. При этом отмечалось ослабление процессов минерализации растительных остатков озимой пшеницы, что связано с их труднодоступностью для микроорганизмов (высокий процент клетчатки, широкое соотношение углерода к азоту и др.).
Масса поступающих в почву растительных остатков и их качественный состав являются важными факторами формирования почвенной биоты, ее роли в биологическом окультуривании почвы.
Многолетние исследования кафедры земледелия и методики опытного дела РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева показали, что в плодосменном севообороте (50% зерновых) с двумя полями многолетних трав (33,3% севооборотной площади) в среднем за ротацию в почве ежегодно накапливалось растительных остатков на 17% больше, чем в зерновом специализированном севообороте (83% зерновых) и на 51% больше, чем при бессменном посеве ячменя. При этом в плодосменном севообороте преобладали растительные остатки, имеющие узкое соотношение С : N, что очень важно с позиций повышения биологической активности почвы. Обогащение почвы органическим веществом в результате научно обоснованного чередования сельскохозяйственных культур в севообороте обеспечивает повышение степени оструктуренности и улучшение водно-физических свойств.
Создание водопрочной структуры, повышение через нее стабильности строения пахотного слоя с хорошей водопроницаемостью является основой повышения почвозащитной функции севооборота, которая в условиях достаточного увлажнения обеспечивается также включением в севообороты посевов многолетних трав.
Фитосанитарная функция севооборота, проявляется в снижении пораженности растений специализированными вредителями, болезнями и засоренности посевов сорняками.
Специализация земледелия с повторным и бессменным возделыванием зерновых культур приводит к недобору урожая из-за поражения корневыми гнилями пшеницы на 15-25%, а ячменя 56-60%.
Фитосанитарная функция севооборота проявляется в его сороочищающем действии. Посевы культуры, размещаемых по лучшим предшественникам, в несколько раз чище от сорняков, чем при бессменном посеве или повторном возделывании.
Одним из актуальнейших вопросов современного земледелия является вопрос об использовании различных видов паров в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. В засушливых районах занятые пары приводит к резкому снижению урожая озимой пшеницы, а непаровых предшественников — яровой пшеницы.
В районах достаточного увлажнения (Нечерноземная зона и др.), где вода не является ограничивающим фактором, чистые пары заменяются занятыми, которые как предшественники не уступают чистым парам, но существенно повышают продуктивность пашни за счет возделывания парозанимающих культур.