Abstract Land-use transitions can enhance the livelihoods of smallholder farmers but potential economic-ecological trade-offs remain poorly understood. Here, we present an interdisciplinary study of the environmental, social and economic consequences of land-use transitions in a tropical smallholder landscape on Sumatra, Indonesia. We find widespread biodiversity-profit trade-offs resulting from land-use transitions from forest and agroforestry systems to rubber and oil palm monocultures, for 26,894 aboveground and belowground species and whole-ecosystem multidiversity. Despite variation between ecosystem functions, profit gains come at the expense of ecosystem multifunctionality, indicating far-reaching ecosystem deterioration. We identify landscape compositions that can mitigate trade-offs under optimal land-use allocation but also show that intensive monocultures always lead to higher profits. These findings suggest that, to reduce losses in biodiversity and ecosystem functioning, changes in economic incentive structures through well-designed policies are urgently needed.

Tropical lowland rainforests are increasingly threatened by the expansion of agriculture and the extraction of natural resources. In Jambi Province, Indonesia, the interdisciplinary EFForTS project focuses on the ecological and socio-economic dimensions of rainforest conversion to jungle rubber agroforests and monoculture plantations of rubber and oil palm. Our data confirm that rainforest transformation and land use intensification lead to substantial losses in biodiversity and related ecosystem functions, such as decreased above- and below-ground carbon stocks. Owing to rapid step-wise transformation from forests to agroforests to monoculture plantations and renewal of each plantation type every few decades, the converted land use systems are continuously dynamic, thus hampering the adaptation of animal and plant communities. On the other hand, agricultural rainforest transformation systems provide increased income and access to education, especially for migrant smallholders. Jungle rubber and rubber monocultures are associated with higher financial land productivity but lower financial labour productivity compared to oil palm, which influences crop choice: smallholders that are labour-scarce would prefer oil palm while land-scarce smallholders would prefer rubber. Collecting long-term data in an interdisciplinary context enables us to provide decision-makers and stakeholders with scientific insights to facilitate the reconciliation between economic interests and ecological sustainability in tropical agricultural landscapes.

Abstract Smallholder-dominated agricultural mosaic landscapes are highlighted as model production systems that deliver both economic and ecological goods in tropical agricultural landscapes, but trade-offs underlying current land-use dynamics are poorly known. Here, using the most comprehensive quantification of land-use change and associated bundles of ecosystem functions, services and economic benefits to date, we show that Indonesian smallholders predominantly choose farm portfolios with high economic productivity but low ecological value. The more profitable oil palm and rubber monocultures replace forests and agroforests critical for maintaining above- and below-ground ecological functions and the diversity of most taxa. Between the monocultures, the higher economic performance of oil palm over rubber comes with the reliance on fertilizer inputs and with increased nutrient leaching losses. Strategies to achieve an ecological-economic balance and a sustainable management of tropical smallholder landscapes must be prioritized to avoid further environmental degradation.

Terrestrial animal biodiversity is increasingly being lost because of land-use change1,2. However, functional and energetic consequences aboveground and belowground and across trophic levels in megadiverse tropical ecosystems remain largely unknown. To fill this gap, we assessed changes in energy fluxes across 'green' aboveground (canopy arthropods and birds) and 'brown' belowground (soil arthropods and earthworms) animal food webs in tropical rainforests and plantations in Sumatra, Indonesia. Our results showed that most of the energy in rainforests is channelled to the belowground animal food web. Oil palm and rubber plantations had similar or, in the case of rubber agroforest, higher total animal energy fluxes compared to rainforest but the key energetic nodes were distinctly different: in rainforest more than 90% of the total animal energy flux was channelled by arthropods in soil and canopy, whereas in plantations more than 50% of the energy was allocated to annelids (earthworms). Land-use change led to a consistent decline in multitrophic energy flux aboveground, whereas belowground food webs responded with reduced energy flux to higher trophic levels, down to -90%, and with shifts from slow (fungal) to fast (bacterial) energy channels and from faeces production towards consumption of soil organic matter. This coincides with previously reported soil carbon stock depletion3. Here we show that well-documented animal biodiversity declines with tropical land-use change4-6 are associated with vast energetic and functional restructuring in food webs across aboveground and belowground ecosystem compartments.