Human land use threatens global biodiversity and compromises multiple ecosystem functions critical to food production. Whether crop yield-related ecosystem services can be maintained by a few dominant species or rely on high richness remains unclear. Using a global database from 89 studies (with 1475 locations), we partition the relative importance of species richness, abundance, and dominance for pollination; biological pest control; and final yields in the context of ongoing land-use change. Pollinator and enemy richness directly supported ecosystem services in addition to and independent of abundance and dominance. Up to 50% of the negative effects of landscape simplification on ecosystem services was due to richness losses of service-providing organisms, with negative consequences for crop yields. Maintaining the biodiversity of ecosystem service providers is therefore vital to sustain the flow of key agroecosystem benefits to society.

The sustainable intensification of agricultural systems offers synergistic opportunities for the co-production of agricultural and natural capital outcomes. Efficiency and substitution are steps towards sustainable intensification, but system redesign is essential to deliver optimum outcomes as ecological and economic conditions change. We show global progress towards sustainable intensification by farms and hectares, using seven sustainable intensification sub-types: integrated pest management, conservation agriculture, integrated crop and biodiversity, pasture and forage, trees, irrigation management and small or patch systems. From 47 sustainable intensification initiatives at scale (each >104 farms or hectares), we estimate 163 million farms (29% of all worldwide) have crossed a redesign threshold, practising forms of sustainable intensification on 453 Mha of agricultural land (9% of worldwide total). Key challenges include investment to integrate more forms of sustainable intensification in farming systems, creating agricultural knowledge economies and establishing policy measures to scale sustainable intensification further. We conclude that sustainable intensification may be approaching a tipping point where it could be transformative. Intensifying agricultural production often imposes environmental costs. This study assesses progress towards the redesign of agricultural systems, finding that seven types of sustainable intensification now characterize an estimated 29% of farms on 9% of agricultural land worldwide.

Significance Decades of research have fostered the now-prevalent assumption that noncrop habitat facilitates better pest suppression by providing shelter and food resources to the predators and parasitoids of crop pests. Based on our analysis of the largest pest-control database of its kind, noncrop habitat surrounding farm fields does affect multiple dimensions of pest control, but the actual responses of pests and enemies are highly variable across geographies and cropping systems. Because noncrop habitat often does not enhance biological control, more information about local farming contexts is needed before habitat conservation can be recommended as a viable pest-suppression strategy. Consequently, when pest control does not benefit from noncrop vegetation, farms will need to be carefully comanaged for competing conservation and production objectives.

Ecologists and farmers often have contrasting perceptions about the value of natural habitat in agricultural production landscapes, which so far has been little acknowledged in ecology and conservation. Ecologists and conservationists often appreciate the contribution of natural habitat to biodiversity and potential ecosystem services such as biological pest control, whereas many farmers see habitat remnants as a waste of cropland or source of pests. While natural habitat has been shown to increase pest control in many systems, we here identify five hypotheses for when and why natural habitat can fail to support biological pest control, and illustrate each with case studies from the literature: (1) pest populations have no effective natural enemies in the region, (2) natural habitat is a greater source of pests than natural enemies, (3) crops provide more resources for natural enemies than does natural habitat, (4) natural habitat is insufficient in amount, proximity, composition, or configuration to provide large enough enemy populations needed for pest control, and (5) agricultural practices counteract enemy establishment and biocontrol provided by natural habitat. In conclusion, we show that the relative importance of natural habitat for biocontrol can vary dramatically depending on type of crop, pest, predator, land management, and landscape structure. This variation needs to be considered when designing measures aimed at enhancing biocontrol services through restoring or maintaining natural habitat.

This paper reviews two aspects of agricultural biodiversity. 1. The ways in which agricultural biodiversity may be increased to favour pest management are examined. At the simplest level, the structure within a monoculture may be altered by changing management practices to benefit natural enemies. At the other extreme, annual and perennial non-crop vegetation may be integrated with cropping, and biodiversity increased at the landscape level. 2. The existence of a hierarchy for the types of benefits of increased biodiversity is discussed. Vegetational diversity can lead to suppression of pests via ‘top-down’ enhancement of natural enemy populations and by resource concentration and other ‘bottom-up’ effects acting directly on pests. Whilst such low-input pest management mechanisms are attractive in their own right, other (non-pest management related) benefits may simultaneously apply. These range from short-term benefits in crop yield or quality, longer term benefits for sustainability of the farming system and, ultimately, broad societal benefits including aesthetics, recreation and the conservation of flora and fauna. Examples are given of such multi-function agricultural biodiversity. Diese Arbeit betrachtet zwei Aspekte landwirtschaftlicher Biodiversität. 1. Die Möglichkeiten, landwirtschaftliche Biodiversität zur Unterstützung eines Schädlingsmanagements zu erhöhen, werden untersucht. Im einfachsten Fall kann die Struktur innerhalb einer Monokultur durch veränderte Managementpraktiken geändert werden, so dass natürliche Gegenspieler davon profitieren. Im anderen Extrem können einjährige und mehrjährige Nichtnutzpflanzen in die Kultur integriert werden und die Biodiversität steigt auf Landschaftsebene an. 2. Das Vorhandensein einer Hierarchie der verschiedenen Typen von Vorteilen einer erhöhten Biodiversität wird diskutiert. Pflanzliche Diversität kann durch top-down Förderung von Populationen natürlicher Gegenspieler, durch Ressourcenkonzentration und durch andere bottom-up Effekte, die direkt auf Schädlinge einwirken, zu einer Unterdrückung von Schädlingen führen. Während solche low-input Mechanismen des Schädlingsmanagements durch sich selbst attraktiv sind, ergeben sich gleichzeitig auch andere Vorteile, die nicht mit dem Schädlingsmanagement zusammenhängen. Diese reichen von kurzfristigen Vorteilen bei Ertrag oder Qualität der Nutzpflanzen über mittelfristige Vorteile bei der Nachhaltigkeit des Bewirtschaftungssystems bis hin zu breiten, gesellschaftlichen Vorteilen, welche ästhetische Aspekte, Erholung und Schutz von Flora und Fauna einbeziehen. Beispiele für solche multifunktionelle landwirtschaftliche Biodiversität werden vorgestellt.

A range of policy initiatives have been promoted in recent years to address the decline of bee populations in Europe and North America. Among these has been the establishment of flower-rich habitat within or around intensively farmed landscapes to increase the availability of pollen and nectar resources. The composition of these habitats depends on location and compatibility with adjacent cropping systems, but they often consist of fields planted with temporary flowering cover crops, field borders with perennial or annual flowering species, hedgerows comprising prolifically flowering shrubs, and grass buffer strips (used to manage erosion and nutrient runoff) which are supplemented with dicotyledonous flower species. While the primary objective of such measures is to increase the ecological fitness of pollinator populations through enhanced larval and adult nutrition, such strategies also provide secondary benefits to the farm and the surrounding landscape. Specifically, the conservation of pollinator habitat can enhance overall biodiversity and the ecosystem services it provides (including pest population reduction), protect soil and water quality by mitigating runoff and protecting against soil erosion, and enhance rural aesthetics. Incorporating these secondary benefits into decision making processes is likely to help stakeholders to assess the trade-offs implicit in supplying ecosystem services.

The intentional provision of flowering plants and plant communities in managed landscapes to enhance natural enemies is termed habitat management and is a relatively new but growing aspect of conservation biological control. The focus of most habitat management research has been on understanding the role of these plant-provided resources on natural enemy biology, ecology, and their ability to enhance suppression of pest populations. Far less attention has been paid to additional ecosystem services that habitat management practices could provide in managed landscapes. We first evaluate whether habitat management is well positioned to advance in these areas. Our analysis of past habitat management studies indicates that four plant species have been tested in the majority of field evaluations, while plants native to the test area and perennial plants are particularly underrepresented. We suggest that synergies among biodiversity conservation, ecological restoration, human cultural values, tourism, biological control and other ecosystem services have largely been overlooked in past habitat management research and we illustrate how these potential ecosystem services could be evaluated and enhanced. We then review two case studies in which broader ecosystem services were explicitly addressed in plant selection criteria. One case study demonstrates that native plants useful in restoration of rare ecosystems can increase natural enemy abundance as much as widely recommended non-natives. The second addresses additional ecosystem services provided by habitat management in New Zealand vineyards. We conclude that addressing ‘stacked’ ecosystem services with multiple ecosystem service goals can decrease agriculture’s dependence on ‘substitution’ methods such as the current reliance on oil-based agro-chemical inputs.

 This book contains 14 chapters discussing the field of habitat manipulation and how ecological engineering approaches to pest management can be developed and applied. Chapters explore the frontiers of ecological engineering methods including molecular approaches, high-tech marking and remote sensing. They also review the theoretical aspects of this field and how ecological engineering may interact with genetic engineering. The wide array of habitat manipulations currently include agroforestry, biological control, crop rotations, crop diversity, flower strips, natural enemy refuges, trap crops and other technologies. Each of these technologies and combinations of these pest suppression technologies, offers opportunities to reduce crop losses to pests while at the same time reducing the use of pesticides and providing potentially valuable habitat for wildlife conservation.