Agricultural ecosystems are actively managed by humans to optimize the provision of food, fiber, and fuel. These ecosystem services from agriculture, classified as provisioning services by the recent Millennium Ecosystem Assessment, depend in turn upon a web of supporting and regulating services as inputs to production (e.g., soil fertility and pollination). Agriculture also receives ecosystem dis-services that reduce productivity or increase production costs (e.g., herbivory and competition for water and nutrients by undesired species). The flows of these services and dis-services directly depend on how agricultural ecosystems are managed and upon the diversity, composition, and functioning of remaining natural ecosystems in the landscape. Managing agricultural landscapes to provide sufficient supporting and regulating ecosystem services and fewer dis-services will require research that is policy-relevant, multidisciplinary and collaborative. This paper focuses on how ecosystem services contribute to agricultural productivity and how ecosystem dis-services detract from it. We first describe the major services and dis-services as well as their key mediators. We then explore the importance of scale and economic externalities for the management of ecosystem service provision to agriculture. Finally, we discuss outstanding issues in regard to improving the management of ecosystem services and dis-services to agriculture.

The integration of cover crops into cropping systems brings costs and benefits, both internal and external to the farm. Benefits include promoting pest‐suppression, soil and water quality, nutrient cycling efficiency, and cash crop productivity. Costs of adopting cover crops include increased direct costs, potentially reduced income if cover crops interfere with other attractive crops, slow soil warming, difficulties in predicting N mineralization, and production expenses. Cover crop benefits tend to be higher in irrigated systems. The literature is reviewed here along with Michigan farmer experience to evaluate promising cover crop species for four niches: Northern winter (USDA Hardiness Zones 5–6), Northern summer (Zones 5–6), Southern winter (Zones 7–8), and Southern summer (Zones 7–8). Warm season C 4 grasses are outstanding performers for summer niches (6–9 Mg ha −1 ), and rye ( Secale cereale L.) is the most promising for winter niches (0.8–6 Mg ha −1 ) across all hardiness zones reviewed. Legume–cereal mixtures such as sudangrass ( Sorghum sudanese L.)–cowpea (Vigna unguiculata L ) and wheat ( Triticum aestivum L.)–red clover ( Trifolium pretense L.) are the most effective means to produce substantial amounts (28 Mg ha −1 ) of mixed quality residues. Legume covers are slow growers and expensive to establish. At the same time, legumes fix N, produce high quality but limited amounts (0.5–4 Mg ha −1 ) of residues, and enhance beneficial insect habitat. Brassica species produce glucosinolate‐containing residues (2–6 Mg ha −1 ) and suppress plant‐parasitic nematodes and soil‐borne disease. Legume cover crops are the most reliable means to enhance cash crop yields compared with fallows or other cover crop species. However, farmer goals and circumstances must be considered. If soil pests are a major yield limiting factor in cash crop production, then use of brassica cover crops should be considered. Cereal cover crops produce the largest amount of biomass and should be considered when the goal is to rapidly build soil organic matter. Legume–cereal or brassica–cereal mixtures show promise over a wide range of niches.

Crop and rangelands are over 25% of the Earth's land area, and they are expanding. Agricultural ecosystems rely on a suite of supporting ecosystem services to provide food, fiber and fuel as well as a range of accompanying but non-marketed ecosystem services (ES). Ecosystem services from agriculture include regulation of water and climate systems, aesthetic and cultural services, as well as enhanced supporting services (such as soil fertility). Many of these ES are appreciated by people, but they lack markets, so they lack the incentives for provision that come with prices. For public policy decisions to take them into account, non-market valuation techniques are needed, such as travel cost, contingent valuation, hedonic valuation, and cost-based or factor-income approaches. This article offers an overview of ES from agriculture and non-market valuation methods as it introduces the articles in this special section on “Ecosystem Services and Agriculture.” Understanding how ecological functions generate ES is fundamental to management, but so too is understanding how humans perceive and value those services. Research is required both to design cost-effective incentives to provide ES and to measure which kinds of ES could provide the greatest overall welfare benefits to society. Agricultural ecosystems offer newly recognized potential to deliver more diverse ecosystem services and mitigate the level of past ecosystem disservices. This special section of Ecological Economics conveys both how these are becoming possible and the challenges to science and public policy design of turning that potential into reality.

Abstract A double hurdle statistical analysis of 250 farms in the Tigray region of Ethiopia reveals different causal factors for soil conservation adoption versus intensity of use. Farmers' reasons for adopting soil conservation measures vary sharply between stone terraces and soil bunds. Long‐term investments in stone terraces were associated with secure land tenure, labour availability, proximity to the farmstead and learning opportunities via the existence of local food‐for‐work (FFW) projects. By contrast, short‐term investments in soil bunds were strongly linked to insecure land tenure and the absence of local food‐for‐work projects. Public conservation campaigns on private plots reduced adoption of both stone terraces and soil bunds. Whereas capacity factors largely influenced the adoption decision, expected returns carried more influence for the intensity of stone terrace adoption (measured as metres of terrace per hectare). More stone terracing was built where fertile but erodible silty soils in higher rainfall areas offered valuable yield benefits. Intensity of terracing was also greater in remote villages where limited off‐farm employment opportunities reduced construction costs. These results highlight the importance of the right kind of public interventions. Direct public involvement in constructing soil conservation structures on private lands appears to undermine incentives for private conservation investments. When done on public lands, however, public conservation activities may encourage private soil conservation by example. Secure land tenure rights clearly reinforce private incentives to make long‐term investments in soil conservation.

Increased demand for corn grain as an ethanol feedstock is altering U.S. agricultural landscapes and the ecosystem services they provide. From 2006 to 2007, corn acreage increased 19% nationally, resulting in reduced crop diversity in many areas. Biological control of insects is an ecosystem service that is strongly influenced by local landscape structure. Here, we estimate the value of natural biological control of the soybean aphid, a major pest in agricultural landscapes, and the economic impacts of reduced biocontrol caused by increased corn production in 4 U.S. states (Iowa, Michigan, Minnesota, and Wisconsin). For producers who use an integrated pest management strategy including insecticides as needed, natural suppression of soybean aphid in soybean is worth an average of $33 ha(-1). At 2007-2008 prices these services are worth at least $239 million y(-1) in these 4 states. Recent biofuel-driven growth in corn planting results in lower landscape diversity, altering the supply of aphid natural enemies to soybean fields and reducing biocontrol services by 24%. This loss of biocontrol services cost soybean producers in these states an estimated $58 million y(-1) in reduced yield and increased pesticide use. For producers who rely solely on biological control, the value of lost services is much greater. These findings from a single pest in 1 crop suggest that the value of biocontrol services to the U.S. economy may be underestimated. Furthermore, we suggest that development of cellulosic ethanol production processes that use a variety of feedstocks could foster increased diversity in agricultural landscapes and enhance arthropod-mediated ecosystem services.

Precision farming enables agricultural management decisions to be tailored spatially and temporally. Site-specific sensing, sampling, and managing allow farmers to treat a field as a heterogeneous entity. Through targeted use of inputs, precision farming reduces waste, thereby cutting both private variable costs and the environmental costs such as those of agrichemical residuals. At present, large farms in developed countries are the main adopters of precision farming. But its potential environmental benefits can justify greater public and private sector incentives to encourage adoption, including in small-scale farming systems in developing countries. Technological developments and big data advances continue to make precision farming tools more connected, accurate, efficient, and widely applicable. Improvements in the technical infrastructure and the legal framework can expand access to precision farming and thereby its overall societal benefits.

A balanced assessment of ecosystem services provided by agriculture requires a systems-level socioecological understanding of related management practices at local to landscape scales. The results from 25 years of observation and experimentation at the Kellogg Biological Station long-term ecological research site reveal services that could be provided by intensive row-crop ecosystems. In addition to high yields, farms could be readily managed to contribute clean water, biocontrol and other biodiversity benefits, climate stabilization, and long-term soil fertility, thereby helping meet society's need for agriculture that is economically and environmentally sustainable. Midwest farmers-especially those with large farms-appear willing to adopt practices that deliver these services in exchange for payments scaled to management complexity and farmstead benefit. Surveyed citizens appear willing to pay farmers for the delivery of specific services, such as cleaner lakes. A new farming for services paradigm in US agriculture seems feasible and could be environmentally significant.

Advanced biofuels such as cellulosic ethanol are of great interest in the USA. With agriculture being the major source of feedstock for advanced biofuels, how farmers would respond to markets and policy incentives in providing such feedstock can directly affect sufficient and sustainable supply of advanced biofuels and their environmental sustainability. In this study, we developed an economic model to examine farmers' production choices in a context where agricultural markets are linked to energy markets. We identified the economic conditions under which farmers could maximize their profits by converting current grain cropland to grow cellulosic biomass crops. An empirical illustration showed that with current technology, farmers are unlikely to grow switchgrass as a dedicated energy crop instead of corn on cropland. The biofuel incentives in the 2008 Farm Bill can improve the competitiveness of switchgrass, but may stimulate corn production as well, with corn residues as an alternative feedstock for advanced biofuels. The continuous, possibly expanding, corn production in future raises the same issues for advanced biofuels as for corn grain-based ethanol. To assure the environmental sustainability of advanced biofuel production, further research is needed to help design environmental policies alongside existing biofuel initiatives.

Abstract Mounting evidence shows insects are in decline globally. Habitat loss, climate change, and pesticides have all been implicated, but their relative effects have never been evaluated in a comprehensive large-scale study. We harmonized 17 years of land use, climate, multiple classes of pesticides and butterfly data across 60 counties in five states in the US Midwest. We find community-wide declines in butterfly abundance to be most strongly associated with pesticides in general and the use of neonicotinoid-treated seeds in particular. This included the abundance of the migratory monarch ( Danaus plexippus ), whose decline is the focus of intensive debate and public concern. Insect declines cannot be understood without comprehensive data on all putative drivers, and the 2015 cessation of neonicotinoid data releases in the US will impede future research. One Sentence Summary Shifts in insecticide use towards neonicotinoid-treated seeds are associated with an 8 percent decline in butterfly species diversity across the American Corn Belt.

Mounting evidence shows overall insect abundances are in decline globally. Habitat loss, climate change, and pesticides have all been implicated, but their relative effects have never been evaluated in a comprehensive large-scale study. We harmonized 17 years of land use, climate, multiple classes of pesticides, and butterfly survey data across 81 counties in five states in the US Midwest. We find community-wide declines in total butterfly abundance and species richness to be most strongly associated with insecticides in general, and for butterfly species richness the use of neonicotinoid-treated seeds in particular. This included the abundance of the migratory monarch ( Danaus plexippus ), whose decline is the focus of intensive debate and public concern. Insect declines cannot be understood without comprehensive data on all putative drivers, and the 2015 cessation of neonicotinoid data releases in the US will impede future research.