多样化的农业系统和有机分享许多共同之处,多功能,可持续发展,农业生态的管理方法和结果。关键指标的综合农业在生态系统多样化,空间,和时间尺度作为维护和再生生物相互作用的机制,反过来,services-e.g生态系统。、土壤质量、固氮、授粉和农业害虫的控制,提供关键输入(见深南2008)。在生态尺度,多样化的农业系统包括几个或全部:(1)在农作物或牲畜品种遗传多样性;(2)单一农作物或牲畜品种多样性物种;(3)多个套种物种,和/或集成的鱼或畜牧物种;和(4)noncrop种植植物和动物和半自然的社区,如饲养的昆虫,灌木篱墙,河岸缓冲区,牧场和林地。在空间尺度上,多元化的农业系统通过实践促进agrobiodiversity位于领域(如堆肥、间作,饲养的昆虫,农林复合经营),在整个领域(例如,作物轮作,覆盖种植,休耕制),在现场周边(如灌木篱墙,边界种植草条),在多个领域(马赛克作物类型和土地利用方式),和landscape-to-regional规模(如河岸缓冲区、林地、草场和自然或半自然的地区)。在时间尺度上,异步耕作、播种、收割、种植,作物轮作,休耕制,或洪水导致维护景观尺度异质性(深南2008),而免耕、多年生草,forb或树种植制度,带有灌木篱墙,森林花园允许自然生态演替的过程来提高agrobiodiversity动态(2004年阿尔提耶里,格罗佛et al . 2007年,Bhagwat et al . 2008年)。
Agrobiodiversity由多样化的农业系统持续实践和它还提供多种生态系统服务农业,从而减少非农输入的必要性。例如,通过堆肥和施肥,土壤产生港口不同的微生物和无脊椎动物社区进而促进养分循环(马德尔et al . 2002年,上et al . 2010年)。通过间作固氮豆类和谷物,农民实现“over-yielding”即广为人知的现象。,生产更大数量的每个作物单位面积相对于生产monoculture-thereby增加产量,同时减少或消除肥料投入(范德米尔1992)。间作被认为促进over-yielding一起因为不同的作物可以利用更多的可用资源(例如,作物与不同深度加油可以访问空间分层营养和水)一个更大的部分还是因为作物促进增长的另一个(Hauggard-Neilsen和詹森2005)。通过提高植物的多样性在农场饲养的昆虫,灌木篱墙,或保留半自然的地区,农民可能会增强或吸引天敌和/或野生传粉者庄稼,从而增加害虫防治或减少或消除需要蜜蜂租赁(Kremen et al . 2002年,Morandin和温斯顿2005年,一起et al . 2011年)。这些生态系统服务的供给(如土壤肥力、害虫控制授粉)是非常依赖于底层的维护生物多样性的土壤微生物对植物和动物和它们的交互(阿尔提耶里2004年nicoll, Hooper et al . 2005年,Zhang et al . 2007年,座谈会等。2008年,深南2008年,杰克逊et al . 2009年)。保持多样性跨尺度通过多种经营系统实践不仅增强了这些生态系统服务(表1),但可以促进他们的韧性在面对混乱,如干旱、洪水,或虫害(林天吾和Belfrage 2004, 2011)。
很大程度上日益在全球南部和北部,多种经营系统已经取代高度简化工业单一栽培(本顿et al . 2003年,Tscharntke et al . 2005年,DeFries et al . 2010年)。平均场和农场规模有所增加,而noncrop地区及周边农场已经减少,导致更高水平的领域和同质性景观尺度。农业生态系统的集体简化导致生物多样性的丧失,减少关键生态系统服务的供给与农业(Tscharntke et al . 2005年,Zhang et al . 2007年)。如果没有这些生态系统服务,单一栽培变得依赖非农输入。例如,没有农业实践的一体化,解决氮、有效利用的营养物质,并建立土壤肥力(见表1),种植者必须购买和使用合成肥料。同样,没有实践,防止害虫和病原体的累积,促进不同社区的天敌,种植者必须购买和使用杀虫剂。而有效地生产高产量、常规化学输入,生态系统服务的替代品导致重大环境和社会危害,包括土壤退化、富营养化的地表水和地下水,生物多样性的丧失,增加温室气体排放,海洋死区,和职业和膳食暴露在有毒的农药(Tilman et al . 2002年,迪亚兹和罗森博格2008年,海耶斯et al . 2010年,标志着et al。2010年,Gomiero et al . 2011年)。工业化农业也部分负责创建一系列社会和经济的影响,包括获得土地的丧失,企业控制农业投入,和小规模生产者无法在全球市场上竞争,导致高贫困率和粮食安全的损失为小型持有者(培根et al . 2012年,Iles和沼泽2012)。
我们评估生态生物多样化的农业系统的性能与传统相比(工业化)系统在12个主要代表输入农业生态系统服务(如土壤肥力),缓解与农业相关的外部性(例如,能源利用效率),适应农业环境变化(例如,抵抗极端天气事件和弹性),从农业(农作物产量)和输出(表2)。我们首先讨论生物多样性,因为它是所有其他服务(2005年生态系统评估报告),然后我们讨论土壤质量的相关服务维护、养分管理和持水能力。接下来,我们覆盖杂草的控制,植物病原体和害虫节肢动物。我们继续提供授粉服务,然后与气候相关服务,包括碳封存、能源利用效率、减少全球变暖的潜力,和农业系统的阻力和弹性的极端天气事件。最后,我们考虑作物生产力,包括讨论的潜在代价降低收益率对生物多样性和栖息地保护。
我们感激两个匿名评论者,蒂姆•人员丽贝卡Chaplin-Kramer,阿拉斯泰尔•Iles马修·罗斯金席琳Pallud,和多样化的农业系统工作组的成员在加州大学伯克利分校,评论的手稿。伯克利环境研究所和Neckowitz家庭基金会提供支持多种经营系统的系列圆桌会议导致。
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