การปลูกพืชหมุนเวียน คือการปลูก พืชหลายชนิดในพื้นที่เดียวกันต่อเนื่องกันหลายฤดูกาลวิธีนี้ช่วยลดการพึ่งพาธาตุอาหารชุดเดียวของพืช ลดความเสี่ยงจากศัตรูพืชและวัชพืช รวมทั้งลดโอกาสการเกิดวัชพืชดื้อยา

การปลูกพืชชนิดเดียวกันในที่เดิมซ้ำๆ กันหลายปี หรือที่เรียกว่า การปลูกพืช เชิงเดี่ยวจะค่อยๆ ทำให้ดิน ขาด สารอาหารบางชนิดและส่งเสริมการแพร่กระจายของศัตรูพืชและวัชพืชที่ปรับตัวเข้ากับระบบการปลูกพืชชนิดนั้นได้ หากไม่รักษาสมดุลการใช้สารอาหารและไม่กระจายความหลากหลายของศัตรูพืชและวัชพืช ผลผลิตของพืชเชิงเดี่ยวจะขึ้นอยู่กับปัจจัยภายนอกที่อาจเป็นอันตรายต่อความอุดมสมบูรณ์ของดิน ในทางกลับกัน การวางแผนการปลูกพืชหมุนเวียนที่ดีสามารถลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมีและสารกำจัดวัชพืชได้ โดยการใช้ประโยชน์ จาก ระบบนิเวศของพืชหลากหลายชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ การปลูกพืชหมุนเวียนยังสามารถปรับปรุงโครงสร้างดินและอินทรียวัตถุซึ่งช่วยลดการกัดเซาะและเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบการเกษตรได้

เกษตรกรตระหนักมานานแล้วว่าการหมุนเวียนพืชที่เหมาะสม เช่น การปลูกพืชฤดูใบไม้ผลิสำหรับปศุสัตว์แทนธัญพืชสำหรับบริโภคของมนุษย์ ทำให้สามารถฟื้นฟูหรือรักษาความอุดมสมบูรณ์ของดินได้ เกษตรกร ในตะวันออกใกล้โบราณได้ทำการหมุนเวียนพืชตั้งแต่ 6000 ปีก่อนคริสตกาล โดยปลูกพืชตระกูลถั่วและธัญพืช สลับกัน ^{[ 1 ] [ 2 ]}

ภายใต้ระบบหมุนเวียนสองแปลง ครึ่งหนึ่งของพื้นที่เพาะปลูกจะถูกปลูกในหนึ่งปี ในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งปล่อยว่างไว้จากนั้นในปีถัดไป ระบบหมุนเวียนสองแปลงก็จะสลับกัน ในประเทศจีนระบบหมุนเวียนสองแปลงและสามแปลงถูกนำมาใช้ตั้งแต่สมัยราชวงศ์โจวตะวันออก^{[ 3 ]}

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 9 ถึงศตวรรษที่ 11 เกษตรกรในยุโรปเปลี่ยนจากระบบการทำนาแบบสองแปลงไปเป็นระบบการทำนาแบบสามแปลงระบบนี้ยังคงใช้เรื่อยมาจนถึงศตวรรษที่ 20 ที่ดินที่มีอยู่จะถูกแบ่งออกเป็นสามส่วน ส่วนแรกปลูกพืชฤดูใบไม้ร่วง เช่นข้าวไรย์และข้าวสาลีส่วนที่สองปลูกพืชฤดูใบไม้ผลิ เช่นข้าวโอ๊ตข้าวบาร์เลย์และพืชตระกูลถั่วเช่น ถั่วลันเตา ถั่วเลนทิล หรือถั่วต่างๆ ส่วนที่สามปล่อยว่างไว้ มีการหมุนเวียนการปลูกพืชในสามแปลงนี้ โดยทุกๆ สามปี แปลงหนึ่งจะถูกปล่อยว่างไว้ ภายใต้ระบบการทำนาแบบสองแปลง จะมีการปลูกพืชเพียงครึ่งหนึ่งของพื้นที่ทั้งหมดในแต่ละปี แต่ภายใต้ระบบการหมุนเวียนการปลูกพืชแบบสามแปลงใหม่นี้ จะมีการปลูกพืชถึงสองในสามของพื้นที่ทั้งหมด ซึ่งอาจทำให้ได้ผลผลิตมากขึ้น แต่พืชที่ปลูกเพิ่มขึ้นนั้นมีผลกระทบมากกว่าแค่ปริมาณผลผลิต เนื่องจากพืชฤดูใบไม้ผลิส่วนใหญ่เป็นพืชตระกูลถั่ว ซึ่งช่วยตรึงไนโตรเจนที่พืชต้องการในการสร้างโปรตีนจึงช่วยเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการโดยรวมของประชากรในยุโรป^{[ 4 ]}

ชาร์ลส์ ทาวน์เชนด์ (ค.ศ. 1674–1738) นักเกษตรชาวอังกฤษได้ทำให้ระบบนี้เป็นที่นิยมในศตวรรษที่ 18 ลำดับของพืชสี่ชนิด ( ข้าวสาลีหัวผักกาด ข้าวบาร์เลย์และโคลเวอร์ ) รวมถึงพืชอาหารสัตว์และพืชสำหรับเลี้ยงสัตว์ ทำให้สามารถ เลี้ยง ปศุสัตว์ได้ตลอดทั้งปี การหมุนเวียนพืชสี่แปลงกลายเป็นพัฒนาการที่สำคัญในยุค ปฏิวัติเกษตรกรรม ของอังกฤษ^{[ 5 ]}

ในยุคปฏิวัติเขียวช่วงกลางศตวรรษที่ 20 การปลูกพืชหมุนเวียนได้ถูกแทนที่ด้วยการเสริมธาตุอาหารทางเคมีในดินผ่านการใส่ปุ๋ยเพิ่มเติม เช่นแอมโมเนียมไนเตรตหรือยูเรียและการปรับค่าpH ของดินด้วยปูนขาว ในประเทศพัฒนาแล้ว การปฏิบัติเช่นนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มผลผลิต เตรียมดินสำหรับพืชเฉพาะทาง และลดของเสียและความไร้ประสิทธิภาพโดยการทำให้การปลูกการเก็บเกี่ยวและการ ชลประทาน ง่ายขึ้น

การประเมินเบื้องต้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพืชสามารถพบได้ในลักษณะที่พืชแต่ละชนิด: ^{[ 6 ]}

1. มีส่วนช่วยเพิ่มปริมาณอินทรียวัตถุในดิน (SOM)
2. ช่วยในการจัดการศัตรูพืช
3. ช่วยจัดการภาวะขาดหรือได้รับสารอาหารมากเกินไป
4. มีส่วนทำให้เกิดหรือควบคุมการกัดเซาะดิน
5. สามารถผสมข้ามพันธุ์กับพืชชนิดอื่นเพื่อผลิตลูกผสมได้
6. ผลกระทบต่อห่วงโซ่อาหารและระบบนิเวศในพื้นที่โดยรอบ

การเลือกพืชหมุนเวียนมักเกี่ยวข้องกับเป้าหมายที่เกษตรกรต้องการบรรลุด้วยการหมุนเวียนพืช ซึ่งอาจเป็นการจัดการวัชพืชการเพิ่มไนโตรเจนในดิน การควบคุมการกัดเซาะ หรือการเพิ่มโครงสร้างดินและชีวมวล เป็นต้น^{[ 7 ]}เมื่อพูดถึงการหมุนเวียนพืช พืชจะถูกจัดประเภทในหลายวิธีขึ้นอยู่กับคุณภาพที่กำลังประเมิน: ตามวงศ์ ตามความต้องการ/ประโยชน์ของสารอาหาร และ/หรือตามผลกำไร (เช่นพืชเศรษฐกิจเทียบกับพืชคลุมดิน ) ^{[ 8 ]}ตัวอย่างเช่น การให้ความสำคัญกับวงศ์พืชอย่างเพียงพอเป็นสิ่งสำคัญในการลดศัตรูพืชและโรคพืช อย่างไรก็ตาม เกษตรกรหลายรายประสบความสำเร็จในการจัดการการหมุนเวียนโดยการวางแผนลำดับและการปลูกพืชคลุมดินรอบๆ พืชเศรษฐกิจที่ต้องการ^{[ 9 ]}ต่อไปนี้เป็นการจำแนกประเภทแบบง่ายๆ โดยอิงจากคุณภาพและวัตถุประสงค์ของพืช

พืชผลหลายชนิดที่สำคัญต่อตลาด เช่นผักเป็นพืชที่ปลูกเป็นแถว (กล่าวคือ ปลูกเป็นแถวแน่น) ^{[ 8 ]}แม้ว่าพืชเหล่านี้มักจะให้ผลกำไรมากที่สุดสำหรับเกษตรกร แต่ก็เป็นภาระต่อดินมากกว่า^{[ 8 ]}โดยทั่วไปแล้ว พืชที่ปลูกเป็นแถวจะมีชีวมวลต่ำและรากตื้น ซึ่งหมายความว่าพืชจะสร้างเศษซากให้กับดินโดยรอบน้อย และมีผลกระทบต่อโครงสร้างดินจำกัด^{[ 10 ]}เนื่องจากดินรอบๆ พืชส่วนใหญ่สัมผัสกับการรบกวนจากฝนและการสัญจรไปมา ทำให้แปลงที่ปลูกพืชเป็นแถวมีการย่อยสลายอินทรียวัตถุโดยจุลินทรีย์ได้เร็วขึ้น ส่งผลให้มีสารอาหารสำหรับพืชในอนาคตน้อยลง^{[ 10 ]}

โดยสรุป แม้ว่าพืชผลเหล่านี้อาจสร้างผลกำไรให้กับฟาร์มได้ แต่ก็ทำให้ธาตุอาหารในดินลดลง การปฏิบัติหมุนเวียนพืชผลมีขึ้นเพื่อสร้างสมดุลระหว่างผลกำไรในระยะสั้นและผลผลิตในระยะยาว^{[ 9 ]}

ข้อดีอย่างมากของการหมุนเวียนพืชมาจากความสัมพันธ์ระหว่าง พืช ตรึงไนโตรเจนกับพืชที่ต้องการไนโตรเจน พืชตระกูลถั่ว เช่น อัลฟัลฟาและโคลเวอร์ จะรวบรวมไนโตรเจนที่มีอยู่จากบรรยากาศและเก็บไว้ในปุ่มราก^{[ 11 ]}เมื่อเก็บเกี่ยวพืชแล้ว ชีวมวลของรากที่ไม่ได้เก็บเกี่ยวจะสลายตัว ทำให้ไนโตรเจนที่เก็บไว้พร้อมใช้งานสำหรับพืชในอนาคต^{[ 12 ]}

ธัญพืชและหญ้ามักเป็นพืชคลุมดินเนื่องจากมีข้อดีหลายประการต่อคุณภาพและโครงสร้าง ของดิน ^{[ 13 ]}ระบบรากที่หนาแน่นและแผ่ขยายไปไกลช่วยสร้างโครงสร้างที่ดีให้กับดินโดยรอบ และยังเป็นแหล่งที่มาของชีวมวลจำนวนมากสำหรับอินทรียวัตถุในดินอีกด้วย

หญ้าและธัญพืชเป็นปัจจัยสำคัญในการจัดการวัชพืช เนื่องจากพวกมันแข่งขันกับพืชที่ไม่พึงประสงค์เพื่อแย่งพื้นที่ในดินและสารอาหาร^{[ 14 ]}

ปุ๋ยพืชสดคือพืชที่ผสมลงในดิน ทั้งพืชตระกูลถั่วที่ตรึงไนโตรเจนและพืชที่ดูดซับสารอาหาร เช่น หญ้า สามารถใช้เป็นปุ๋ยพืชสดได้^{[ 11 ]}ปุ๋ยพืชสดจากพืชตระกูลถั่วเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ชีวมวลของพืชตระกูลถั่วไม่ได้มีส่วนช่วยในการสร้างอินทรียวัตถุในดิน อย่างยั่งยืน เหมือนหญ้า^{[ 11 ]}

มีปัจจัยมากมายที่ต้องนำมาพิจารณาเมื่อวางแผนการหมุนเวียนพืช การวางแผนการหมุนเวียนที่มีประสิทธิภาพต้องคำนึงถึงสถานการณ์การผลิตทั้งที่คงที่และผันผวน เช่น ตลาด ขนาดฟาร์ม แรงงาน สภาพภูมิอากาศ ชนิดของดิน วิธีการปลูก ฯลฯ^{[ 15 ]}นอกจากนี้ การหมุนเวียนพืชต้องคำนึงถึงสภาพของดินที่พืชชนิดหนึ่งจะทิ้งไว้ให้พืชชนิดถัดไป และวิธีการหว่านเมล็ดพืชชนิดหนึ่งร่วมกับพืชอีกชนิดหนึ่ง^{[ 15 ]}ตัวอย่างเช่น พืชตรึงไนโตรเจน เช่น พืชตระกูลถั่ว ควรปลูกก่อนพืชที่ดูดซับไนโตรเจนเสมอ ในทำนองเดียวกัน พืชที่มีเศษซากน้อย (เช่น พืชที่มีชีวมวลต่ำ) ควรปลูกร่วมกับพืชคลุมดินที่มีชีวมวลสูง เช่น หญ้าและพืชตระกูลถั่วผสมกัน^{[ 6 ]}

ไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับจำนวนพืชที่สามารถใช้ในการหมุนเวียน หรือระยะเวลาที่ใช้ในการหมุนเวียนให้เสร็จสมบูรณ์^{[ 10 ]}การตัดสินใจเกี่ยวกับการหมุนเวียนจะทำขึ้นหลายปีก่อน หลายฤดูกาลก่อน หรือแม้กระทั่งในนาทีสุดท้ายเมื่อมีโอกาสที่จะเพิ่มผลกำไรหรือปรับปรุงคุณภาพดิน^{[ 9 ]}

ระบบการหมุนเวียนพืชอาจได้รับการเสริมด้วยการปฏิบัติอื่นๆ เช่น การเพิ่มปศุสัตว์และปุ๋ยคอก^{[ 16 ]}และโดยการปลูกพืชมากกว่าหนึ่งชนิดในเวลาเดียวกันในแปลงเดียวกัน การปลูกพืชชนิด เดียวในแปลงเดียวกันเรียกว่าการปลูกพืช แบบพืชชนิดเดียว การปลูกพืชหลายชนิดในแปลงเดียวกันเรียกว่าการปลูกพืช แบบพืชหลายชนิด การหมุนเวียนพืชสามารถนำไปใช้กับการปลูกพืชแบบพืชชนิดเดียวและการปลูกพืชแบบพืชหลายชนิดในแปลงเดียวกันได้ ส่งผลให้มีหลายวิธีในการเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพทางการเกษตร (ตาราง) ^{[ 17 ]}

การนำปศุสัตว์ เข้ามาทำให้การใช้ หญ้าและพืชคลุมดินที่สำคัญมีประสิทธิภาพสูงสุดปศุสัตว์ (ผ่านมูลสัตว์ ) สามารถกระจายสารอาหารในพืชเหล่านี้ไปทั่วดินแทนที่จะนำสารอาหารออกจากฟาร์มผ่านการขายหญ้าแห้ง^{[ 10 ]}

การทำฟาร์มแบบผสมผสานหรือการปลูกพืชร่วมกับการเลี้ยงปศุสัตว์สามารถช่วยจัดการพืชหมุนเวียนและหมุนเวียนสารอาหารได้ เศษพืชที่เหลือจากการเก็บเกี่ยวเป็นอาหารสัตว์ ในขณะที่สัตว์ให้มูลสัตว์เพื่อเติมเต็มสารอาหารในพืชและให้แรงงานในการไถพรวน กระบวนการเหล่านี้ส่งเสริมการหมุนเวียนสารอาหารภายในและลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมีและเครื่องจักรขนาดใหญ่ นอกจากนี้ วัว แกะ และ/หรือแพะยังให้นมและสามารถใช้เป็นพืชเศรษฐกิจได้ในยามที่เศรษฐกิจตกต่ำ^{[ 18 ]}

ระบบ การปลูกพืชหลายชนิด ร่วมกัน เช่นการปลูกพืชแซมหรือการปลูกพืชร่วมกันจะให้ความหลากหลายและความซับซ้อนมากขึ้นภายในฤดูกาลหรือรอบการปลูกเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ระบบ "สามพี่น้อง"ซึ่งเป็นการปลูกข้าวโพดร่วมกับถั่วฝักยาวและฟักทองหรือสควอชเลื้อย ในระบบนี้ ถั่วจะให้ไนโตรเจน ข้าวโพดจะช่วยพยุงถั่วและเป็น "ฉากกั้น" ป้องกันหนอนเจาะลำต้นฟักทอง และสควอชเลื้อยจะช่วยยับยั้งวัชพืชและป้องกันไม่ให้แรคคูนที่ชอบกินข้าวโพดเข้ามาทำลาย^{[ 7 ]}

การปลูกพืชสองชนิดต่อเนื่องกันเป็นเรื่องปกติในฤดูปลูกเดียวกัน โดยพืชสองชนิดมักจะเป็นพันธุ์ที่แตกต่างกัน หรือปลูกพืชชนิดหนึ่ง (เช่น ผัก) ต่อเนื่องกับพืชคลุมดิน (เช่น ข้าวสาลี) ^{[ 6 ]}วิธีนี้เป็นประโยชน์สำหรับฟาร์มขนาดเล็ก ซึ่งมักไม่สามารถปล่อยให้พืชคลุมดินฟื้นฟูดินได้เป็นเวลานานเหมือนฟาร์มขนาดใหญ่ เมื่อมีการนำการปลูกพืชหลายชนิดมาใช้ในฟาร์มขนาดเล็ก ระบบเหล่านี้สามารถเพิ่มประโยชน์สูงสุดของการหมุนเวียนพืชบนทรัพยากรที่ดินที่มีอยู่^{[ 9 ]}

การหมุนเวียนพืชเป็นแนวปฏิบัติที่จำเป็นในสหรัฐอเมริกาสำหรับฟาร์มที่ต้องการได้ รับการรับรอง เกษตรอินทรีย์^{[ 19 ]} “มาตรฐานการปฏิบัติการหมุนเวียนพืช” สำหรับโครงการเกษตรอินทรีย์แห่งชาติภายใต้ประมวลกฎหมายรัฐบาลกลางของสหรัฐอเมริกามาตรา §205.205 ระบุว่า

เกษตรกรจำเป็นต้องดำเนินการปลูกพืชหมุนเวียนเพื่อรักษาหรือเพิ่มอินทรียวัตถุในดิน ช่วยควบคุมศัตรูพืช จัดการและอนุรักษ์ธาตุอาหาร และป้องกันการกัดเซาะ ผู้ผลิตพืชยืนต้นที่ไม่ได้ปลูกพืชหมุนเวียนอาจใช้วิธีการอื่น เช่น พืชคลุมดิน เพื่อรักษาสุขภาพของดิน^{[ 10 ]}

นอกจากจะช่วยลดความต้องการปัจจัยการผลิต (โดยการควบคุมศัตรูพืชและวัชพืช และเพิ่มสารอาหารที่มีอยู่) การหมุนเวียนพืชยังช่วยให้เกษตรกรอินทรีย์เพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพในฟาร์มของตนได้^{[ 10 ]}ความหลากหลายทางชีวภาพยังเป็นข้อกำหนดของการรับรองอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ไม่มีกฎเกณฑ์ใด ๆ ที่ใช้ควบคุมหรือบังคับใช้มาตรฐานนี้^{[ 10 ]}การเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพของพืชมีผลดีต่อระบบนิเวศโดยรอบ และสามารถเป็นแหล่งอาศัยของสัตว์ แมลง^{[ 10 ]}และจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ในดิน ได้มากขึ้น ^{[ 10 ]}ดังที่พบโดย McDaniel et al 2014 และ Lori et al 2017 ^{[ 20 ]}บางการศึกษาชี้ให้เห็นถึงความพร้อมของสารอาหารที่เพิ่มขึ้นจากการหมุนเวียนพืชภายใต้ระบบอินทรีย์เมื่อเทียบกับการปฏิบัติแบบดั้งเดิม เนื่องจากการปฏิบัติแบบอินทรีย์มีโอกาสน้อยที่จะยับยั้งจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ในอินทรียวัตถุในดิน^{[ 21 ]}

แม้ว่าการปลูกพืชหลายชนิดและการปลูกพืชร่วมจะได้รับประโยชน์จากหลักการเดียวกันกับการหมุนเวียนพืช แต่ก็ไม่ตรงตามข้อกำหนดภายใต้NOP ^{[ 10 ]}

นักปฐพีวิทยาอธิบายประโยชน์ของผลผลิตในพืชหมุนเวียนว่าเป็น "ผลของการหมุนเวียน" ^{[ 22 ]}ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นโดยทั่วไปเกิดจากการบรรเทาปัจจัยเชิงลบของระบบการปลูกพืชเชิงเดี่ยว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พบว่าโภชนาการที่ดีขึ้น การลดความเครียดจากศัตรูพืช เชื้อโรค และวัชพืช และโครงสร้างดินที่ดีขึ้นในบางกรณีมีความสัมพันธ์กับผลดีของการหมุนเวียน

ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ ต้นทุนการผลิตที่ลดลง ความเสี่ยงทางการเงินโดยรวมจะกระจายไปในวงกว้างมากขึ้นในการผลิตพืชผลและ/หรือปศุสัตว์ที่หลากหลายกว่าเดิม การพึ่งพาปัจจัยการผลิตที่ซื้อจากภายนอกลดลง และเมื่อเวลาผ่านไป พืชผลสามารถรักษาระดับผลผลิตตามเป้าหมายได้โดยใช้ปัจจัยการผลิตน้อยลง สิ่งนี้ควบคู่ไปกับผลผลิตที่สูงขึ้นทั้งในระยะสั้นและระยะยาว ทำให้การหมุนเวียนพืชผลเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงระบบการเกษตร

การปลูกพืชต่างชนิดหมุนเวียนกันช่วยเพิ่มปริมาณอินทรียวัตถุในดิน (SOM) ปรับปรุงโครงสร้างดิน และปรับปรุงสภาพแวดล้อมทางเคมีและชีวภาพของดินให้เหมาะสมกับพืชผล เมื่อมีอินทรียวัตถุในดินมากขึ้น การซึมผ่านและการกักเก็บน้ำก็จะดีขึ้น ทำให้พืชทนแล้งได้ดีขึ้นและลดการกัดเซาะดิน

อินทรียวัตถุในดินเป็นส่วนผสมของวัสดุที่เน่าเปื่อยจากชีวมวลที่มีจุลินทรีย์ ที่ออกฤทธิ์ การหมุนเวียนพืชตามธรรมชาติจะเพิ่มการสัมผัสกับชีวมวลจากหญ้า ปุ๋ยพืชสด และเศษพืชชนิดต่างๆ ความจำเป็นในการไถพรวน อย่างเข้มข้นที่ลดลง ภายใต้การหมุนเวียนพืชทำให้การรวมตัวของชีวมวลนำไปสู่การกักเก็บและการใช้สารอาหารที่มากขึ้น ลดความจำเป็นในการเติมสารอาหาร^{[ 8 ]}ด้วยการไถพรวน การรบกวนและการออกซิเดชันของดินสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อความหลากหลายและการแพร่กระจายของจุลินทรีย์ในดิน จุลินทรีย์เหล่านี้เป็นสิ่งที่ทำให้สารอาหารพร้อมใช้งานสำหรับพืช ดังนั้น ในขณะที่อินทรียวัตถุในดินที่ "ออกฤทธิ์" เป็นกุญแจสำคัญต่อดินที่อุดมสมบูรณ์ ดินที่มีกิจกรรมของจุลินทรีย์ต่ำจะให้สารอาหารแก่พืชน้อยลงอย่างมาก นี่เป็นความจริงแม้ว่าปริมาณชีวมวลที่เหลืออยู่ในดินอาจจะเท่ากันก็ตาม

จุลินทรีย์ในดินยังช่วยลด กิจกรรม ของเชื้อโรคและศัตรูพืชผ่านการแข่งขัน นอกจากนี้ พืชยังผลิตสารคัดหลั่งจากรากและสารเคมีอื่นๆ ที่ปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของดินและสภาพแวดล้อมของวัชพืช ดังนั้น การหมุนเวียนพืชจึงช่วยเพิ่มผลผลิตจากความพร้อมของสารอาหาร แต่ยังช่วยบรรเทาผลกระทบจากอัลเลโลพาธีและสภาพแวดล้อมการแข่งขันของวัชพืช ด้วย ^{[ 23 ]}

การหมุนเวียนพืชช่วยเพิ่ม ปริมาณ คาร์บอนอินทรีย์ในดิน (SOC)ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของอินทรียวัตถุในดิน อย่างมาก ^{[ 24 ]}คาร์บอนพร้อมกับไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นธาตุอาหารหลักสำหรับพืช การหมุนเวียนพืชที่หลากหลายซึ่งครอบคลุมระยะเวลานานแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นในการเพิ่ม SOC ในขณะที่การรบกวนดิน (เช่น จากการไถพรวน) เป็นสาเหตุให้ระดับ SOC ลดลงอย่างรวดเร็ว^{[ 24 ]}ในบราซิล การเปลี่ยนไปใช้ระบบไม่ไถพรวนร่วมกับการหมุนเวียนพืชอย่างเข้มข้นแสดงให้เห็นอัตราการกักเก็บ SOC ที่ 0.41 ตันต่อเฮกตาร์ต่อปี^{[ 25 ]}

นอกเหนือจากการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรแล้ว การกักเก็บคาร์บอนในชั้นบรรยากาศยังมีผลอย่างมากในการลดอัตราการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโดยการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากอากาศ

การหมุนเวียนพืชสามารถเพิ่มสารอาหารให้กับดินได้ พืช ตระกูลถั่วซึ่งเป็นพืชในวงศ์Fabaceaeมีปุ่มรากที่รากซึ่งมีแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน ที่เรียกว่าไรโซเบียมในกระบวนการที่เรียกว่าการสร้างปุ่มราก แบคทีเรียไรโซเบียมจะใช้สารอาหารและน้ำที่พืชจัดหาให้เพื่อเปลี่ยนไนโตรเจนในบรรยากาศให้เป็นแอมโมเนีย ซึ่งจากนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่พืชสามารถใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนได้^{[ 26 ]}ดังนั้น ในทางเกษตรกรรมจึงควรปลูกพืชตระกูลถั่วสลับกับธัญพืช (วงศ์Poaceae ) และพืชอื่นๆ ที่ต้องการไนเตรตปริมาณไนโตรเจนที่พืชสามารถใช้ได้นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ชนิดของพืชตระกูลถั่ว ประสิทธิภาพของแบคทีเรียไรโซเบียม สภาพดิน และความพร้อมของธาตุอาหารที่จำเป็นสำหรับพืช^{[ 27 ]}

การหมุนเวียนพืชช่วยควบคุมศัตรูพืชและโรคที่อาจตั้งรกรากอยู่ในดินเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนพืชตามลำดับจะช่วยลดระดับประชากรของศัตรูพืชโดย (1) ขัดขวางวงจรชีวิตของศัตรูพืช และ (2) ขัดขวางแหล่งที่อยู่อาศัยของศัตรูพืช^{[ 9 ]} พืชใน วงศ์เดียวกันมักจะมีศัตรูพืชและเชื้อโรคที่คล้ายคลึงกัน การเปลี่ยนพืชอย่างสม่ำเสมอและรักษาดินให้ปกคลุมด้วยพืชคลุมดินแทนที่จะปล่อยให้ว่างเปล่า สามารถทำลายหรือจำกัดวงจรของศัตรูพืชได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวงจรที่ได้รับประโยชน์จากการอยู่รอดในฤดูหนาวในเศษซากพืช^{[ 28 ]}หลักการนี้ใช้ในการทำเกษตรอินทรีย์ซึ่งการควบคุมศัตรูพืชต้องทำได้โดยไม่ต้องใช้สารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์^{[ 16 ]}

การบูรณาการพืชบางชนิด โดยเฉพาะพืชคลุมดินเข้ากับการหมุนเวียนพืชผล มีคุณค่าอย่างยิ่งต่อการจัดการวัชพืชพืชเหล่านี้จะแย่งพื้นที่กับวัชพืช นอกจากนี้ หญ้าและปุ๋ยหมักจากพืชคลุมดินและปุ๋ยพืชสดจะช่วยชะลอการเจริญเติบโตของวัชพืชที่ยังคงสามารถงอกขึ้นมาจากดินได้ ทำให้พืชมีข้อได้เปรียบในการแข่งขันมากขึ้น การชะลอการเจริญเติบโตและการแพร่กระจายของวัชพืชในขณะที่ปลูกพืชคลุมดิน เกษตรกรจะลดปริมาณวัชพืชสำหรับพืชผลในอนาคตได้อย่างมาก รวมถึงพืชที่มีรากตื้นและพืชที่ปลูกเป็นแถว ซึ่งมีความต้านทานต่อวัชพืชน้อยกว่า ดังนั้น พืชคลุมดินจึงถือเป็นพืชอนุรักษ์ เนื่องจากช่วยปกป้องพื้นที่ว่างเปล่าไม่ให้ถูกวัชพืชรุกราน^{[ 28 ]}

ระบบนี้มีข้อดีเหนือกว่าวิธีการจัดการวัชพืชทั่วไปอื่นๆ เช่นการไถพรวนการไถพรวนมีจุดประสงค์เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของวัชพืชโดยการพลิกดิน แต่ผลที่ตามมาคือทำให้เมล็ดวัชพืชที่อาจฝังอยู่ใต้ดินโผล่ขึ้นมา และยังฝังเมล็ดพืชผลที่มีค่าอีกด้วย ในระบบการปลูกพืชหมุนเวียน จำนวนเมล็ดพืชที่งอกได้ในดินจะลดลงเนื่องจากการลดจำนวนวัชพืชลง

นอกจากจะส่งผลเสียต่อคุณภาพและผลผลิตของพืชผลแล้ว วัชพืชยังทำให้กระบวนการเก็บเกี่ยวช้าลงอีกด้วย วัชพืชทำให้เกษตรกรมีประสิทธิภาพในการเก็บเกี่ยวน้อยลง เนื่องจากวัชพืช เช่น ผักบุ้งและหญ้าปม สามารถพันกันในอุปกรณ์ ทำให้การเก็บเกี่ยวต้องหยุดๆ เริ่มๆ^{[ 29 ]}

การหมุนเวียนพืชสามารถลดปริมาณดินที่สูญเสียไปจากการกัดเซาะโดยน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญ ในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะสูง แนวทางการจัดการฟาร์ม เช่น การไถพรวนแบบไม่ไถและไถพรวนแบบลดปริมาณ สามารถเสริมด้วยวิธีการหมุนเวียนพืชเฉพาะเพื่อลดผลกระทบจากหยาดฝน การหลุดออกของตะกอนการขนส่งตะกอนการไหลบ่าของน้ำผิวดินและการสูญเสียดิน^{[ 30 ]}

การป้องกันการสูญเสียดินจะมีประสิทธิภาพสูงสุดด้วยวิธีการหมุนเวียนพืชผลที่ทำให้มีเศษซากพืช (เศษพืชที่เหลือหลังการเก็บเกี่ยว) อยู่บนผิวดินมากที่สุด เศษซากพืชที่สัมผัสกับดินจะช่วยลดการกัดเซาะจากน้ำโดยการลดความเร็วการไหลของน้ำบนผิวดิน พลังงานของลำน้ำ และความสามารถของน้ำในการแยกและขนส่งตะกอน^{[ 31 ]}การกัดเซาะและการปิดผนึกดินช่วยป้องกันการแตกตัวและการแยกตัวของกลุ่มอนุภาคดินที่ทำให้รูพรุนขนาดใหญ่ถูกปิดกั้น การซึมผ่านลดลง และการไหลบ่าเพิ่มขึ้น^{[ 32 ]}ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของดินอย่างมีนัยสำคัญเมื่อต้องเผชิญกับช่วงเวลาของการกัดเซาะและความเครียด

เมื่อพืชอาหารสัตว์สลายตัว ผลิตภัณฑ์ยึดเกาะจะเกิดขึ้นซึ่งทำหน้าที่เหมือนกาวบนดิน ทำให้อนุภาคเกาะติดกันและก่อตัวเป็นกลุ่มก้อน^{[ 33 ]}การก่อตัวของกลุ่มก้อนดินมีความสำคัญต่อการควบคุมการกัดเซาะ เนื่องจากกลุ่มก้อนดินสามารถต้านทานแรงกระแทกจากหยาดฝนและการกัดเซาะจากน้ำได้ดีกว่า กลุ่มก้อนดินยังช่วยลดการกัดเซาะจากลม เนื่องจากมีอนุภาคขนาดใหญ่กว่าและทนต่อการเสียดสีจากการไถพรวนได้ดีกว่า^{[ 34 ]}

ผลของการปลูกพืชหมุนเวียนต่อการควบคุมการกัดเซาะดินนั้นแตกต่างกันไปตามสภาพภูมิอากาศ ในภูมิภาคที่มีสภาพภูมิอากาศค่อนข้างคงที่ ซึ่งปริมาณน้ำฝนและอุณหภูมิรายปีเป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้ การปลูกพืชหมุนเวียนแบบตายตัวสามารถทำให้พืชเจริญเติบโตและปกคลุมดินได้เพียงพอ ในภูมิภาคที่มีสภาพภูมิอากาศคาดเดาได้ยากกว่า และอาจเกิดช่วงเวลาฝนตกและภัยแล้งที่ไม่คาดคิด จำเป็นต้องใช้วิธีการที่ยืดหยุ่นกว่าในการปกคลุมดินโดยการปลูกพืชหมุนเวียน ระบบการปลูกพืชตามโอกาสช่วยส่งเสริมการปกคลุมดินที่เพียงพอภายใต้สภาพภูมิอากาศที่แปรปรวนเหล่านี้^{[ 35 ]}ในระบบการปลูกพืชตามโอกาส พืชจะถูกปลูกเมื่อมีน้ำในดินเพียงพอและมีช่วงเวลาการหว่านที่เชื่อถือได้ ระบบการปลูกพืชรูปแบบนี้มีแนวโน้มที่จะให้การปกคลุมดินที่ดีกว่าการปลูกพืชหมุนเวียนแบบตายตัว เนื่องจากพืชจะถูกหว่านเฉพาะในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด ในขณะที่ระบบแบบตายตัวไม่จำเป็นต้องหว่านในสภาวะที่ดีที่สุดที่มีอยู่^{[ 36 ]}

การหมุนเวียนพืชยังส่งผลต่อช่วงเวลาและระยะเวลาที่แปลงนาจะถูกปล่อยว่าง^{[ 37 ]}ซึ่งมีความสำคัญมาก เพราะขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศของแต่ละภูมิภาค แปลงนาอาจมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะมากที่สุดเมื่อถูกปล่อยว่าง การจัดการการปล่อยว่างอย่างมีประสิทธิภาพเป็นส่วนสำคัญในการลดการกัดเซาะในระบบการหมุนเวียนพืช การไถพรวนแบบไม่ไถเป็นวิธีการจัดการพื้นฐานที่ส่งเสริมการรักษาเศษซากพืชไว้ภายใต้การปล่อยว่างที่ไม่ได้วางแผนไว้เป็นเวลานานเมื่อไม่สามารถปลูกพืชได้^{[ 35 ]}วิธีการจัดการดังกล่าวที่ประสบความสำเร็จในการรักษาการปกคลุมดินที่เหมาะสมในพื้นที่ที่ถูกปล่อยว่างจะช่วยลดการสูญเสียดินในที่สุด ในการศึกษาล่าสุดที่กินเวลานานนับทศวรรษ พบว่าพืชคลุมดินฤดูหนาวทั่วไปหลังการเก็บเกี่ยวมันฝรั่ง เช่น ข้าวไรย์ฤดูใบไม้ร่วง สามารถลดการไหลของดินได้มากถึง 43% และโดยทั่วไปแล้วนี่คือดินที่มีสารอาหารมากที่สุด^{[ 38 ]}

การเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพของพืชผลมีผลดีต่อระบบนิเวศโดยรอบ และสามารถรองรับความหลากหลายของสัตว์ แมลง^{[ 10 ]}และจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ในดิน ได้มากขึ้น ^{[ 10 ]}ดังที่พบโดย McDaniel et al 2014 และ Lori et al 2017 ^{[ 20 ]}บางการศึกษาชี้ให้เห็นถึงความพร้อมของสารอาหารที่เพิ่มขึ้นจากการหมุนเวียนพืชภายใต้ระบบอินทรีย์เมื่อเทียบกับการปฏิบัติแบบดั้งเดิม เนื่องจากการปฏิบัติแบบอินทรีย์มีโอกาสน้อยที่จะยับยั้งจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ในอินทรียวัตถุในดิน เช่น อาร์บัสคูลาร์ไมคอร์ไรซา ซึ่งช่วยเพิ่มการดูดซึมสารอาหารในพืช^{[ 21 ]}การเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพยังช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบนิเวศเกษตรอีกด้วย^{[ 8 ]}

การปลูกพืชหมุนเวียนช่วยเพิ่มผลผลิตโดยการปรับปรุงธาตุอาหารในดิน การปลูกและเก็บเกี่ยวพืชต่างชนิดกันในเวลาที่ต่างกันทำให้สามารถใช้พื้นที่เพาะปลูกได้มากขึ้นด้วยเครื่องจักรและแรงงานเท่าเดิม

การปลูกพืชหมุนเวียนต่างชนิดกันสามารถลดความเสี่ยงจากสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวยสำหรับเกษตรกรแต่ละรายได้^{[ 39 ] [ 40 ]}

แม้ว่าการหมุนเวียนพืชจะต้องมีการวางแผนอย่างมาก แต่การเลือกพืชต้องตอบสนองต่อเงื่อนไขคงที่หลายประการ (ประเภทดิน ภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศ และการชลประทาน) นอกเหนือจากเงื่อนไขที่อาจเปลี่ยนแปลงอย่างมากในแต่ละปี (สภาพอากาศ ตลาด แรงงาน) ^{[ 9 ]}ด้วยเหตุนี้ การวางแผนพืชล่วงหน้าหลายปีจึงไม่เหมาะสม การดำเนินการตามแผนการหมุนเวียนพืชที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่ความไม่สมดุลขององค์ประกอบธาตุอาหารในดินหรือการสะสมของเชื้อโรคที่ส่งผลกระทบต่อพืชที่สำคัญ^{[ 9 ]}ผลที่ตามมาจากการหมุนเวียนที่ผิดพลาดอาจใช้เวลาหลายปีกว่าจะปรากฏให้เห็นแม้แต่กับนักวิทยาศาสตร์ด้านดินที่มีประสบการณ์ และอาจใช้เวลานานพอๆ กันในการแก้ไข^{[ 9 ]}

ความท้าทายหลายประการเกิดขึ้นในการปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนพืช ตัวอย่างเช่นปุ๋ยพืชสดจากพืชตระกูลถั่วอาจนำไปสู่การรุกรานของหอยทากหรือทาก และการเน่าเปื่อยของปุ๋ยพืชสดอาจยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชชนิดอื่นได้ในบางครั้ง^{[ 12 ]}

• นิเวศวิทยาการเกษตร
• วัฏจักรคาร์บอน
• การเลี้ยงปศุสัตว์แบบปรับเปลี่ยนได้
• ระบบภาคสนาม
• การทำไร่เลื่อนลอย
• การกัดเซาะจากการไถพรวน

• เทคโนโลยีในยุคกลาง
• "การหมุนเวียนพืชผล" สารานุกรมสากลฉบับใหม่ค.ศ. 1905