У землеробстві зниження врожаїв сільськогосподарської продукції при беззмінному і безсистемному обробітку було помічено давно. Розвиток природничих наук і історії землеробства свідчать про те, що протягом довгого часу було багато спроб пояснити це явище. Д.Н. Прянишников в своїх працях, узагальнюючи і синтезуючи все, що було зроблено до нього, і, розвиваючи теорію, що обгрунтовує чергування культур, об'єднав всі причини, які призводять до зниження врожаю в 4 групи: хімічного, фізичного, біологічного та економічного порядку.
1. Причини хімічного порядку випливають з біологічних властивостей рослин по-різному використовувати поживні речовини і воду з грунту. Наприклад, з овочевих культур в більшій кількості елементів живлення потребує капуста, а в меншому - редис, салат, огірок. Незмінні посіви високотребовательних культур призводять до швидкого виснаження ґрунту.
Обробіток багатьох сільськогосподарських культур сприятливо впливає на хімічний склад грунту і сприяє накопиченню в ній елементів живлення рослин. Наприклад, багаторічні трави залишають в грунті багато органічних залишків, бобові збагачують грунт азотом, гречка і коноплі збільшують кількість легкодоступних сполук фосфору. При введенні в сівозміну рослин, благотворно впливають на грунтову родючість можна підвищити врожайність, наступних за ними культур.
2. Причини фізичного порядку обумовлені різними вимогами культур до фізичних властивостей грунту - її структурі, щільності складення, здатності накопичувати вологу. Крім того, фізичні властивості грунту в значній мірі визначають її стійкість до ерозії і технологічні особливості, наприклад опірність при обробці.
Однакова обробка грунту при вирощуванні одних і тих же культур, веде до її розпорошення, руйнування грунтової структури, зниження вмісту доступної вологи, утворення "плужної" підошви.
Особливо слід підкреслити велике значення чергування культур в раціональному використанні грунтової вологи. так як це найбільш важка проблема в землеробстві. Приблизно дві третини посівів зернових культур розміщено в зоні нестійкого зволоження, тому для кращого використання грунтової вологи дуже важливо чергувати рослини з різною вимогливістю до води. У зоні недостатнього зволоження особливо велика роль чистих парів в сівозміні, так як вони покращують водний режим грунту і набувають в цій зоні значення малого зрошення.
Сільськогосподарські культури мають неоднакову грунтозахисної здатністю. За здатністю захищати грунт від водної та вітрової ерозії польові культури діляться на три групи:
- слабо захищають (просапні, чисті пари);
- середньо захищають (зернові, однорічні трави);
- грунтозахисні (багаторічні трави).
Грунтозахисні властивості різних культур в сівозміні необхідно враховувати, особливо в районах, схильних до водної і вітрової ерозії.
3. Причини біологічного порядку обумовлені їх різним ставленням до бур'янів, шкідників і хвороб. Більшість сільськогосподарських культур мають свої специфічні бур'яни, хвороби і шкідників. Тому при повторних посівах деяких культур виникають спалахи захворювань сільськогосподарських рослин, які викликаються бактеріями, грибками, комахами, пристосованими для розвитку на певних видах культурних рослин.
Наприклад, при багаторічному вирощуванні на одному і тому ж місці хрестоцвітних, спостерігається масове поширення капустяної мухи, при багаторічному вирощуванні бобових - довгоносика, зернових - зерновий совки, клопа-черепашки, картоплі - колорадського жука, дротяників та ін.
Під повторними посівами льону, конюшини, цукрового буряка, гороху накопичується стільки зачатків хвороб і отруйних речовин, що настає так зване грунтовтома. Воно проявляється в різкому зниженні врожайності культури. Найнадійніший спосіб уникнути шкідливого впливу ґрунтовтоми - введення правильного сівозміни та обробіток стійких до хвороб сортів.
При беззмінною культурі поля сильно засмічуються бур'янами. З цієї причини деякі культури, наприклад соняшник, не можна повертати на попереднє місце раніше, ніж через 6-7 років. Злісний бур'ян-паразит - вовчок розвивається на посівах соняшнику завдає великої шкоди врожаю, і для успішної боротьби з ним необхідно замінити соняшник іншими культурами.
Коріння рослин проникають в грунт на різну глибину. Так, коріння гарбуза можуть споживати воду з глибини більше 3-х метрів, цукрового буряка - до 1 м, ріпчастої цибулі - до 0,3-0,4 м. Чергування культур з різною кореневою системою допомагає раціонально використовувати родючість всього кореневого шару грунту.
4. Економічні причини - викликані необхідністю розподілу праці в часі, кількості і інтенсивності. Спеціалізація господарства визначає склад і співвідношення вирощуваних культур для отримання максимального економічного ефекту. Виходячи з цього, розробляється економічно обгрунтована структура посівних площ, яка і служить економічним фундаментом сівозміни.
Введення в сівозміну культур, що користуються високим попитом на ринку, робить сільськогосподарське виробництво рентабельним і ефективним.