Tải bản đầy đủ (.pdf) (448 trang)

Agroecology simplified and explained

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (23.68 MB, 448 trang )

Paul Wojtkowski

Agroecology
Simplified and Explained


Agroecology


Paul Wojtkowski

Agroecology
Simplified and Explained


Paul Wojtkowski
Universidad de Concepción
Pittsfield, MA, USA

ISBN 978-3-319-93208-8    ISBN 978-3-319-93209-5 (eBook)
/>Library of Congress Control Number: 2018949050
© Springer International Publishing AG, part of Springer Nature 2019
This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of
the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation,
broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information
storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology
now known or hereafter developed.
The use of general descriptive names, registered names, trademarks, service marks, etc. in this publication
does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relevant
protective laws and regulations and therefore free for general use.
The publisher, the authors, and the editors are safe to assume that the advice and information in this book


are believed to be true and accurate at the date of publication. Neither the publisher nor the authors or the
editors give a warranty, express or implied, with respect to the material contained herein or for any errors
or omissions that may have been made. The publisher remains neutral with regard to jurisdictional claims
in published maps and institutional affiliations.
This Springer imprint is published by the registered company Springer Nature Switzerland AG
The registered company address is: Gewerbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland


Preface

As agroecology has advanced, it has become less a consensus and more a strewing
of ideas. The situation is analogous to the story of five blind men describing an
elephant.
The first, touching the trunk, thinks the elephant is like a large snake. The second,
tusk in hand, finds it like a spear. The third, feeling the ear, is reminded of a large
leaf. The fourth finds the leg like a tree trunk, and the fifth assumes the side is similar to a wall. Of course, all are correct in their interpretation.
This goes to the central dilemma. What does the beast actually look like?
The monoculture has become the face of what is termed modern agriculture. In
this text, the preferred phrase is conventional agriculture.
Further along this same road is the green revolution model. This is monocultural
where yields are boosted by high, plot-external inputs and by high-yielding crop
varieties. This model is often supported by GMO varieties and the liberal use of
agrochemicals.
Agroecologists reject this narrow view, instead putting forth the notion that agriculture, by way of agroecology, is based around biodiversity and the use of nature-­
supplied, goal-furthering bio-interactions. These insure crop yields. Beyond this,
the situation gets messy.
This comes about because agroecology is plagued by complexity. The initial
view is of a labyrinth of concepts, ideas, principles, practices, theories, and
approaches. All front various manifestations of biodiversity. The shortfall lies in the
fact that there are few simplifying perspectives on how to navigate the maze.

In practice, the complexity is handed by subdividing agroecology into different
schools of thought. Each can have a philosophical and/or a political bent and be
represented by one or a series of practical applications.
Through subdivision, the complexity of the whole is circumvented. Permaculture
and organic agriculture are the most prominent of these schools.
This point is brought home by reading the books and articles on agroecology,
organic agriculture, permaculture, and related topics. These texts have a consistent
destination and many topical commonalities, but, at times, each seems to be looking
at a different beast. The goal of this book is to offer one view, one perspective.
v


vi

Preface

Aggregating
It may seem strange to begin the process of sorting by aggregating. The various
schools of thought are clearly part of agroecology. If shorn of their political and
philosophical undertones, the underlying ecology comes to the fore.
In explaining agroecology, there is a need to aggregate the land use sciences, i.e.,
agriculture, forestry, and agroforestry. This is not a broadening of agroecology. The
logic behind this is watertight. The theories that govern agronomic agroecology
apply, in equal strength, to both forestry and agroforestry.

Universality
Going forward, agroecology must apply to all: to the rice farmers in Asia, to those
trying to eke a living from poor soils and erratic rainfall of sub-Saharan Africa, and
to the backyard gardeners of the developed world. One must not forget the very
large commercial farms found in all parts of the world.

Although those that accept conventional agriculture may eschew agroecology,
they may be eventually forced into the fold by (a) changing societal values, (b) by
climate change, (c) by consumers seeking something better, (d) by better economic
prospects, and/or (e) through a need for sustainability.
The hope is that, for all, the forces for change become irresistible and the land
users seek and find more eco-accommodating agroecosystems. In presenting the
paths and options, the avenues for change are discussed in this text.

Agroecology Explained
The main idea is to restate agroecology. The scattered studies in the literature give
little inclination that there is a skeletal core. This also applies to the needed
economics.
At the risk of spoiling any textual surprise, the core of agroecology is the plot or
parcel of land. This contains a single agroecosystem. These are planned and managed systems as opposed to the unplanned ecosystems of natural ecology.
The single agroecosystem, of indeterminate size, has defining characteristics.
These are common to all agrosystems. The main characteristic is the bio-­composition.
This can be a single plant species or two or more interacting species. Timing and
spacing complete this core.
Counters to the various threats are added to the core design, e.g., herbivore
insects, weeds, drying winds. The individual counters, when nature supplied, are
also termed eco-services.


Preface

vii

Whatever the form, they should be present, and in sufficient quantity, such that
all of the immediate threats are sufficiently thwarted. This analysis goes to the
essence of agroecology.

From this, it is more than possible to formulate an agroecosystem, one that incorporates the desired crops and attains the desired objectives. This step is shortcutted
by employing, as a starting point, a standard design. Most often, this is a field-­
proven agrosystem. It is through these standard designs, referred to as agrotechnologies, that the field experiences of the many are incorporated into the whole.
There is reason for this pre-summary. This, and the brief recap the beginning of
each chapter, is offered so the reader does not lose sight of the macro-whole among
the many micro-pieces. For further emphasis, the last chapter is a comprehensive
overview of the same.

Economic Goals
Agroecology may be an offshoot of ecology and some take this as the unifying
motif. Although true, this is not as strong an influence as one might think. A portion,
but not all, of the content carries over. The differences may be far greater than the
commonalities.
The strongest divergence comes by way of the economic goals. Natural ecology
is governed by nature, but nature is not directed by economic need.
Much of agroecology is directly or indirectly profit driven. The remainder is
yield-driven, cost-controlled, subsistence agriculture. In short, agroecology is fully
secured by economics. In keeping, this text pairs the development of the central
theme with the accompanying economics.

Agroecology Expanded
Agroecology goes well beyond the core and the subsequent progression. There is far
more to agroecology than a simple intercrop. Complex agroecosystems epitomize
biodiversity and constitute a discrete agroecological category. For this, they deserve
a separate chapter.
There are also agroecosystems that are not species complex and cannot be classified under an intercrop heading. These too deserve a freestanding explanation.
Objectives go beyond yields, revenues, and costs. As an objective, risk aversion
is critical to many. However, some may wish to skip over risk and the risk counters,
while others see this as a vital topic. For these reasons, risk is a separate chapter.
As stated, agroecology is a labyrinth of ideas, concepts, etc. In keeping the text

streamlined, the main flow of the book, in 12 chapters, centers on those topics that
are at the core of agroecology.


viii

Preface

Not included in the core are the options, alternatives, and nuances along with
elaborations on the chapter-presented themes. Some of these are interesting asides,
some have targeted or specialized appeal, and others achieve importance given the
right circumstances.
Rather than chance these nuances being overlooked, they are included as a part
of an extensive Glossary. This Glossary is large compared with the chapter text (by
word count, the Glossary is about 60% of the book). This reflects the amount of
information contained within the previously mentioned labyrinth of concepts, ideas,
principles, practices, theories, and approaches.
The elaborations contained in the Glossary are cited, where topically congruous,
within the chapter text. The purpose is to allow the reader to delve deeper into specific discussions without disrupting the flow across the core of agroecology.

Theory
Throughout this text, a number of theorems are presented. Some were put forth by
this author, but most are the work of others. Some are well established, and others
reside closer to the frontier of science. Some come from the published literature,
and some are the product of on-farm observation. Some have empirical support, and
some are based on unassailable logic (for more, see, as a Glossary topic, Decision
Theory, page 250). A few are speculative and open to challenge.
Included are the rules of intercropping, the theory behind domestic fowl and
insect control, the reason for spatial disarray, risk reduction, complex agrosystems,
and a host of other topics. The notion that agroecology has an explanatory core is,

in and of itself, a theorem. It is the form that this takes that is open to challenge; its
existence is not in question.
For those who are educated or experienced in conventional agriculture, traveling
from empirically based agriculture to theory-based agroecology can be an alien
experience. This should be less the case for those who have studied economics or
ecology.
For those embracing agroecology, theory can be an essential step. Theory imparts
an ability to sort through the bio-complexity, assign relationships, and, when questions arise, foretell a likely solution or outcome. This is especially true when, for
agro-complex agrosystems, direct empirical results fall short or are missing. This is
especially true for those bio-complex systems where empirical data is in short
supply.
It should be noted that theories are not laws. Biology is laden with exceptions.
This applies to agroecology. This does not mean that the theory should be heavily
discounted. Quite the contrary, being the only game in town, it is the pillar which
supports the entire structure, exceptions included.
Clearly, the viability of agroecology has been amply demonstrated. The theories
explain but, more importantly, they serve to guide future directions and future
research. With theory in place, agroecology can proceed at a much quicker pace
than otherwise possible.


Preface

ix

Vocabulary
As any discipline advances, it pushes against the limits of the existing vocabulary.
This is true for agroecology. The choice is to layer more meaning on existing words
or to embrace more pristine, less laden, newer expressions.
The agroecological matrix is a new concept that can be central to ecological

thought. As a result, it merits a discrete expression.
Other concepts are time tested and are gaining in importance. Ecological dynamics, threat counters, and eco-services are more or less synonymous. Most utilized in
this text is the word eco-services. Although less prominent in the literature, it offers
greater exactitude.
To describe variations on the agrosystem, some prefer the expression farm practices. Being heavily layered with meaning, this is supplanted in this text by the less-­
used word agrotechnologies.
It should be noted that, as part of this expansion, the words intercropping and
agroforestry are not distinct agrotechnologies. These are headers that classify like,
but slightly different, agroecosystems.

Rules/Guidelines
Throughout this text, various rules/guidelines are put forth. Some have a narrow
focus and/or are of less importance. An example are the rules of intercropping.
These aid in selecting species for co-planting.
Some are critical for success. An example are the rules for complex
agroecosystems. These are critical, as management would not be possible without
the understanding provided.
With many other examples, these rules/guidelines should be looked at as a starting point or check in the design/formulation process. There are always exceptions.
Notwithstanding, if what is being contemplated violates a rule, a rethink is in order.

Scope
Agroecology is worldwide. Through examples and photos, this book takes this
global perspective. These examples and photos come from various countries and
continents. This should not be viewed as a dilution of agroecology.
There is only one agroecology. Enrichment comes when farms employ different
versions. This is most manifest when the solutions found in one part of the world
transfer to a similar problem in another part of the world. More often, the solutions
are not universally known.



x

Preface

This also occurs with the practices, options, and methods. As an example, most
assume the best way to plant trees is to use seedlings. Unbeknownst to many, there
are five tree planting methods (as a Glossary topic, see Planting Methods (shrubs
and trees)). Choosing a less than suitable method represents a correctable
inefficiency.
The same happens on a larger scale when selecting cropping systems.
Understanding the full scope of agroecology requires exposure to how others utilize
the potential and the ability to relate this to the whole.
Pittsfield, MA, USA

Paul Wojtkowski


Live in each season as it passes
breathe the air
drink the drink
taste the fruit
and resign yourself to the influence of the earth
Henry David Thoreau
Walden 1854

xi


Contents


1Introduction����������������������������������������������������������������������������������������������    1
Definitions��������������������������������������������������������������������������������������������������    2
Comparisons����������������������������������������������������������������������������������������������    2
Agriculture and Agroecology����������������������������������������������������������������    3
Ecology and Agroecology����������������������������������������������������������������������    4
Early Agroecology ������������������������������������������������������������������������������������    5
The Old (Reigning) Paradigm��������������������������������������������������������������������    5
Mono-Cropping������������������������������������������������������������������������������������������    6
Advantages��������������������������������������������������������������������������������������������    7
Disadvantages����������������������������������������������������������������������������������������    7
Economic Forces������������������������������������������������������������������������������������   11
Logical Progression ������������������������������������������������������������������������������   11
The New Paradigm������������������������������������������������������������������������������������   13
References��������������������������������������������������������������������������������������������������   14
2Agroecosystem Design ����������������������������������������������������������������������������   15
Topic Prerequisites������������������������������������������������������������������������������������   16
The Agroecosystem Defined������������������������������������������������������������������   16
Simple Agroecosystems ������������������������������������������������������������������������   17
Essential Resources��������������������������������������������������������������������������������   17
Base Analysis ����������������������������������������������������������������������������������������   17
Sigmoidal Functions������������������������������������������������������������������������������   18
The Core Elements������������������������������������������������������������������������������������   18
Species ��������������������������������������������������������������������������������������������������   19
Spacings ������������������������������������������������������������������������������������������������   21
Spatial Patterns��������������������������������������������������������������������������������������   24
Timing����������������������������������������������������������������������������������������������������   26
Sequencing (Rotations)��������������������������������������������������������������������������   27
Evaluation��������������������������������������������������������������������������������������������������   27
Economic Measures ������������������������������������������������������������������������������   28
Economic Orientation����������������������������������������������������������������������������   29

xiii


xiv

Contents

Profitability��������������������������������������������������������������������������������������������   31
Other Objectives������������������������������������������������������������������������������������   31
References��������������������������������������������������������������������������������������������������   31
3The Agroecological Matrix����������������������������������������������������������������������   33
Agroecology Redefined ����������������������������������������������������������������������������   34
Cropping Threats���������������������������������������������������������������������������������������   34
Soil Fertility ������������������������������������������������������������������������������������������   35
Rainfall (Too High or Too Low)������������������������������������������������������������   35
Insects����������������������������������������������������������������������������������������������������   35
Weeds ����������������������������������������������������������������������������������������������������   37
Pathogens ����������������������������������������������������������������������������������������������   37
Pollination����������������������������������������������������������������������������������������������   37
Temperature (Again, the Extremes) ������������������������������������������������������   37
Wind������������������������������������������������������������������������������������������������������   37
Small Animals (Birds, Mice, etc.)����������������������������������������������������������   38
Large Animals (Deer, Elephants, etc.) ��������������������������������������������������   39
Threat Counters (Eco-Services)����������������������������������������������������������������   39
Single-Purpose Counters������������������������������������������������������������������������   39
Multipurpose Counters��������������������������������������������������������������������������   40
The Counters Listed������������������������������������������������������������������������������   42
The Counters Described������������������������������������������������������������������������   43
Permanent and Introduced Counters������������������������������������������������������   47
The Agroecological Matrix������������������������������������������������������������������������   47

Matrix Manifestations����������������������������������������������������������������������������   47
Expansion����������������������������������������������������������������������������������������������   48
Matrix-Based Analysis��������������������������������������������������������������������������   49
Matrix (Cell) Elements��������������������������������������������������������������������������   50
As an Analytical Tool����������������������������������������������������������������������������   52
An Applied Example������������������������������������������������������������������������������   52
Agroecological Intensity����������������������������������������������������������������������������   55
Economic Implications������������������������������������������������������������������������������   55
References��������������������������������������������������������������������������������������������������   55
4Agrotechnologies��������������������������������������������������������������������������������������   57
Agroecology Redefined ����������������������������������������������������������������������������   58
Agrotechnologies ��������������������������������������������������������������������������������������   58
Classification������������������������������������������������������������������������������������������   59
Simple and Complex Agroecosystems��������������������������������������������������   63
Agrotechnological Components������������������������������������������������������������   63
Economic Underpinnings����������������������������������������������������������������������   63
The Non-Harvest Option������������������������������������������������������������������������   64
The Complete Package��������������������������������������������������������������������������   64
Other Parameters������������������������������������������������������������������������������������   68
Improvement (Facilitative) Agrotechnologies ������������������������������������������   68
Bio-Structures����������������������������������������������������������������������������������������   69


Contents

xv

Land Modifications��������������������������������������������������������������������������������   69
Purpose Reclassified������������������������������������������������������������������������������   69
Monocultures ��������������������������������������������������������������������������������������������   72

Multi-Varietal����������������������������������������������������������������������������������������   72
Uneven Aged������������������������������������������������������������������������������������������   74
References��������������������������������������������������������������������������������������������������   74
5Productive Intercropping������������������������������������������������������������������������   75
Rules/Guidelines for Productive Intercropping ����������������������������������������   76
General Rules����������������������������������������������������������������������������������������   76
Belowground Rules��������������������������������������������������������������������������������   77
Rules for Shade Systems������������������������������������������������������������������������   78
Provisos��������������������������������������������������������������������������������������������������   78
Associated Agrotechnologies��������������������������������������������������������������������   79
Productive (Seasonal) Intercropping����������������������������������������������������������   79
Simple Mixes ����������������������������������������������������������������������������������������   80
Strip Cropping����������������������������������������������������������������������������������������   82
Boundary/Barrier ����������������������������������������������������������������������������������   82
Productive Agroforestry����������������������������������������������������������������������������   83
Alley Cropping (Tree Row) ������������������������������������������������������������������   83
Agroforestry Intercropping (or Orchards with Understory)������������������   83
Shade Systems (Light) ��������������������������������������������������������������������������   84
Tree-Over-Crop Systems ����������������������������������������������������������������������   84
Taungyas������������������������������������������������������������������������������������������������   85
Multi-Species Forest Plantations ��������������������������������������������������������������   86
Supplementary Additions��������������������������������������������������������������������������   86
References��������������������������������������������������������������������������������������������������   87
6Feed Systems and Facilitative Intercrops����������������������������������������������   89
Facilitative Gains ��������������������������������������������������������������������������������������   89
Types of Facilitation����������������������������������������������������������������������������������   90
Rules/Guidelines (Facilitative)������������������������������������������������������������������   90
Desirable Plant Characteristics������������������������������������������������������������������   91
Mixed-Role Agroecosystems ��������������������������������������������������������������������   92
Economic Underpinnings��������������������������������������������������������������������������   93

Facilitative Agrotechnologies��������������������������������������������������������������������   94
Facilitative Intercropping ����������������������������������������������������������������������   94
Facilitative Agroforestry������������������������������������������������������������������������   96
Feed Systems ��������������������������������������������������������������������������������������������  101
Productive Intercropping������������������������������������������������������������������������  101
Forage Trees������������������������������������������������������������������������������������������  102
Forest Feed Systems������������������������������������������������������������������������������  103
Aqua-Agroecology��������������������������������������������������������������������������������  104
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  104


xvi

Contents

7Complex Agroecosystems������������������������������������������������������������������������  105
Described ��������������������������������������������������������������������������������������������������  106
Agroecology����������������������������������������������������������������������������������������������  107
Natural Ecology ������������������������������������������������������������������������������������  108
Patterns��������������������������������������������������������������������������������������������������  108
The Non-Harvest Option������������������������������������������������������������������������  108
Rules/Guidelines������������������������������������������������������������������������������������  109
Economics��������������������������������������������������������������������������������������������������  110
Variations ��������������������������������������������������������������������������������������������������  110
Pastures (Natural/Mixed Species)����������������������������������������������������������  111
Homegardens ����������������������������������������������������������������������������������������  111
Shrub Gardens����������������������������������������������������������������������������������������  111
Agroforests��������������������������������������������������������������������������������������������  113
Forest Gardens ��������������������������������������������������������������������������������������  113
Shade Systems (Natural Canopy)����������������������������������������������������������  113

Managed Forests������������������������������������������������������������������������������������  114
Interest In ��������������������������������������������������������������������������������������������������  114
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  115
8Risk������������������������������������������������������������������������������������������������������������  117
Agro-Threats����������������������������������������������������������������������������������������������  117
Trends��������������������������������������������������������������������������������������������������������  118
Water Harvesting����������������������������������������������������������������������������������������  118
Types of Risk ��������������������������������������������������������������������������������������������  119
Economic Risk ��������������������������������������������������������������������������������������  120
Climatic Risk ����������������������������������������������������������������������������������������  121
Anti-Risk Agrotechnologies����������������������������������������������������������������������  121
Agroecological Solutions��������������������������������������������������������������������������  122
Plot Based����������������������������������������������������������������������������������������������  123
Landscape Based������������������������������������������������������������������������������������  125
Other Defenses������������������������������������������������������������������������������������������  130
Other Solutions������������������������������������������������������������������������������������������  131
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  133
9Landscape Agroecology ��������������������������������������������������������������������������  135
Gains����������������������������������������������������������������������������������������������������������  136
Landscape Models ������������������������������������������������������������������������������������  137
Inherent Agroecology��������������������������������������������������������������������������������  138
Farm-Wide Economic Orientation������������������������������������������������������������  140
Associated Agrotechnologies����������������������������������������������������������������  141
Landscape Objectives��������������������������������������������������������������������������������  142
Economics����������������������������������������������������������������������������������������������  143
Risk Reduction��������������������������������������������������������������������������������������  144
Environmental Outcome������������������������������������������������������������������������  145


Contents


xvii

Landscape Deciders ����������������������������������������������������������������������������������  147
Factors of Likeness��������������������������������������������������������������������������������  147
Impediments to Change ������������������������������������������������������������������������  148
Major Site Influences ����������������������������������������������������������������������������  148
Types or Categories of Agroecology����������������������������������������������������������  149
Do-Less-Harm����������������������������������������������������������������������������������������  150
Matrix����������������������������������������������������������������������������������������������������  151
Bio-Complex������������������������������������������������������������������������������������������  152
The Larger Picture ������������������������������������������������������������������������������������  153
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  154
10Advanced Economics ������������������������������������������������������������������������������  155
Agroecological Intensity����������������������������������������������������������������������������  156
Surplus Ecology ����������������������������������������������������������������������������������������  157
Opportunity Costs��������������������������������������������������������������������������������������  157
Eco-Services������������������������������������������������������������������������������������������  157
Trade-Offs����������������������������������������������������������������������������������������������  158
Orientation Restated����������������������������������������������������������������������������������  159
The Upper Bound����������������������������������������������������������������������������������  160
The Lower Bound����������������������������������������������������������������������������������  161
The Practical Range ������������������������������������������������������������������������������  161
Optimization������������������������������������������������������������������������������������������  162
Deviations from the Norm ��������������������������������������������������������������������  162
Trade-Offs����������������������������������������������������������������������������������������������  164
Design and the Agrotechologies����������������������������������������������������������������  166
Returns Within the Landscape ������������������������������������������������������������������  167
Commercial Farms��������������������������������������������������������������������������������  167
Subsistence Farms����������������������������������������������������������������������������������  168

Eco-Service Universality ��������������������������������������������������������������������������  168
Eco-Service Realism����������������������������������������������������������������������������������  168
Hybrid Farms ����������������������������������������������������������������������������������������  169
Conventional Agriculture with Agroecological Overtones��������������������  170
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  171
11Macro-Challenges������������������������������������������������������������������������������������  173
Malthus, etc.����������������������������������������������������������������������������������������������  174
Population����������������������������������������������������������������������������������������������  176
Urbanization/Land Loss������������������������������������������������������������������������  176
Water������������������������������������������������������������������������������������������������������  177
Energy����������������������������������������������������������������������������������������������������  177
Diet��������������������������������������������������������������������������������������������������������  178
War ��������������������������������������������������������������������������������������������������������  178
Freedom from Want ����������������������������������������������������������������������������������  178
Sovereignty��������������������������������������������������������������������������������������������  178
Trade������������������������������������������������������������������������������������������������������  180


xviii

Contents

Genetic Resources��������������������������������������������������������������������������������������  180
Properties ����������������������������������������������������������������������������������������������  181
Heirloom Varieties ��������������������������������������������������������������������������������  181
New and Useful Species������������������������������������������������������������������������  182
Research Challenges����������������������������������������������������������������������������������  183
Theory����������������������������������������������������������������������������������������������������  183
Quantitative Agroecology����������������������������������������������������������������������  184
Qualitative Agroecology������������������������������������������������������������������������  185

Decision/Game Theory��������������������������������������������������������������������������  187
Acceptance Challenges������������������������������������������������������������������������������  187
Guidelines����������������������������������������������������������������������������������������������  187
Pitfalls����������������������������������������������������������������������������������������������������  188
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  189
12Summary��������������������������������������������������������������������������������������������������  191
Ecology and Agroecology��������������������������������������������������������������������������  191
Theories��������������������������������������������������������������������������������������������������  192
Goals������������������������������������������������������������������������������������������������������  192
Overview����������������������������������������������������������������������������������������������������  192
The Core Elements��������������������������������������������������������������������������������  192
Matrix Analysis��������������������������������������������������������������������������������������  193
Agrotechnologies ��������������������������������������������������������������������������������������  195
Agroecosystem Categories������������������������������������������������������������������������  195
Simple Agroecosystems ������������������������������������������������������������������������  195
Complex Agroecosystems����������������������������������������������������������������������  197
Major Influences����������������������������������������������������������������������������������������  199
Types of Agroecology��������������������������������������������������������������������������������  199
Do-Less-Harm����������������������������������������������������������������������������������������  200
Matrix����������������������������������������������������������������������������������������������������  201
Bio-Complexity��������������������������������������������������������������������������������������  201
Outcome������������������������������������������������������������������������������������������������  201
Agroecology Defined ��������������������������������������������������������������������������������  202
The Central Theme������������������������������������������������������������������������������������  203
Conclusion ������������������������������������������������������������������������������������������������  203
References��������������������������������������������������������������������������������������������������  204
Glossary������������������������������������������������������������������������������������������������������������  205
References ��������������������������������������������������������������������������������������������������������  421
Index������������������������������������������������������������������������������������������������������������������  433



Chapter 1

Introduction

Contents
Definitions
Comparisons
Agriculture and Agroecology
Ecology and Agroecology
Early Agroecology
The Old (Reigning) Paradigm
Mono-Cropping
Advantages
Disadvantages
Economic Forces
Logical Progression
The New Paradigm
References

   2
   2
   3
   4
   5
   5
   6
   7
   7
 11

 11
 13
 14

In many ways, agroecology is a science in flux. There are questions, not to validity
and need, in regard to the scope, contents, methods, and applications. These arise
from the myriad of concepts, ideas, principles, practices, theories, and approaches
that constitute agroecological thought. This has led to a range of interpretations.
This book presents yet another view. At the heart of agroecology are the (agro)
ecological dynamics that sustain crop growth, yields, and a wished-for economic
outcome.
The active and supporting ecology (as eco-services) mostly stem from well-­
directed and well-applied uses of biodiversity. The better outcomes originate from
biodiversity-derived ecological dynamics that are plentiful, potent, and reinforcing.
It is these dynamics that are the very definition of agroecology.

© Springer International Publishing AG, part of Springer Nature 2019
P. Wojtkowski, Agroecology, />
1


2

1 Introduction

Definitions
The existing definitions present varying pictures and emphasize different aspects of
this broad and developing science. Until things gel, practitioners must be content
with various definitional renderings. In total, these help in framing the science.
These begin with:

Agroecology as “the study of the ecological processes that operate in agricultural
production systems” (Wikipedia, Agroecology, 2016).
Agroecology as “the science of ecology applied to the design, development, and
management of agriculture” (Dictionary.com, Agroecology, 2016).
Agroecology as the “… ecology of food systems” (Francis et al. 2003).
Given the belief that agriculture, forestry, and agroforestry are subsets of agroecology, there are some more encompassing definitions. These are:
Agroecology is, by way of ecology, the scientific basis for agriculture, forestry, and
agroforestry.
Agroecology is the scientific basis for the cultivation of food, fuel, fiber, and other
land-raised products with deference to and/or in cooperation with nature and
natural processes.
The latter definitions are more inclusive. There is no reason that forestry and
agroforestry, and the agroecosystems and practices contained, should be excluded.
Forestry and agroforestry are ecologically comparative to an equivalent bio-­
complex agricultural ecosystem. Also in support of this inclusion, trees can be as
much of an on-farm ecological contributor, and a tool toward achieving agroecological objectives, as any other plant.
The definitions do not always fully reflect a diversity of views. Clearly, agroecology is a science. It is also a series of practices and, in some hands, a political movement. Although mostly discounted in this text, the latter view still holds value (For
additional discussion, see, as a Glossary topic, Agroecology).

Comparisons
As a science, agroecology stands alone. Comparison can, and should, be made
between conventional agriculture and the still-emerging agroecology. Although
close cousins, there is the ongoing detachment of ecology from agroecology.
Nevertheless, there are still opportunities for cross-fertilizations.


Comparisons

3


Photo 1.1  Farmers harvesting rice. Taken in Bangladesh, this photo examples how agriculture is
commonly practiced and the reliance placed upon a single staple crop. (Being worldwide, this
picture could be of any of millions of farmers)

Agriculture and Agroecology
What might be termed conventional agriculture centers around the monoculture.
This continues with the notion that outside inputs, often in agrochemical form,
allow crops to thrive in an otherwise yield-unfriendly environment.
In part, this is a self-imposed penalty. A single crop and the lack of biodiversity
can create such an horticulturally hostile situation.
The green revolution model doubles down on this. The view is that yield-denying
forces can be thwarted by improved varieties. Here genetically modified crops (GM
crops) loom large in providing an answer.
Academically, there is only a modicum of theory in conventional agriculture.
Simplicity allows for a science built on empirical underpinnings. Agronomists do
venture into other agro-expressions, but the monoculture is the starting point.
The switch from what might be termed conventional, monoculturally based agriculture, or from the chemically dependent green revolution model, to agroecology
can be quite profound. The various definitions do not reflect this.
Simply stated, the change is from one-crop systems to numerous expressions of
bio-complexity (often as manifestations of biodiversity). To handle this, theory
must override the empiricism that underpins monoculturally based agriculture.


4

1 Introduction

There are other equally profound differences that similarly relate (as an expanded
Glossary topic, see Precepts).
In embracing agroecology, the monoculture is no longer the central theme. It is

theory, mostly lacking in conventional agriculture, that allows the synergies and
interactions to be understood and utilized. Understanding is an important aspect, but
there remains a large leap from theory to the applied.
The overall problem is to navigate through the biodiversity and the added in-field
options to reach and manage terrestrial agrosystems. Much of this is for the food,
fuel, and fiber that sustain human health and happiness.
Over time and in this age of ecology, one expects that agroecology will be co-­
opted into, and be part of, conventional agricultural (Holt-Giménez and Altieri
2013). Although this is for the good, there are caveats.
As a science, the essence of agroecology is the reliance on theory, biodiversity,
and a healthy respect for the environment. This means that, at the very least, toxic
chemical use is reduced or eliminated.
In full-on mode, there is a need to design plots and farms such that natural processes prevail and interspecies synergies are utilized to their highest degree. All
these goals require a systematic and coherent approach, one that allows progress to
be made and the potential to be realized. This starts with a full understanding.

Ecology and Agroecology
In the previous definitions, there is a need to stress ecology, natural processes, and
interspecies synergies. With these, agroecology is clearly an offshoot of and a
branch of ecology.
The other main subdivision of ecology is natural ecology. Although there is some
overlap between natural ecology and agroecology, e.g., through population ecology,
there are major differences.
Success in natural ecology lies in maintaining a wholesome mix of native species
(both flora and fauna) and the accompanying functionality of the between-species
dynamics. In contrast, agroecology is often based on exotic/foreign species, i.e.,
common crop species.
The needed dynamics are achieved through planning, planting, and subsequent
management. In agroecology, success lies in meeting productive and/or economic
goals.

There is a clear dividing line. Natural ecology is not a land-use science (with the
possible exception of invasive and noninvasive tourism). If a natural ecosystem is
modified for productive purpose, i.e., the harvesting of flora and/or fauna, it enters
the realm of, and becomes, an agroecology application.


The Old (Reigning) Paradigm

5

Early Agroecology
Early people began the transition from hunting/gathering to agriculture roughly
4000–5000  BCE.  This occurred independently on various locations across the
globe. These early efforts, and what occurred into relativity modern times, were not
an all-out battle against nature.
Virgil, Pliny, and, much later, Chaucer describe agricultural landscapes rich in
biodiversity. Yields were, by modern standards, generally quite good (Reynolds
1980). This is factually supported by the existence of advanced societies.
Found in Asia, Middle East, the Americas, Africa, and Europe, these could only
rise if they acquired a mastery beyond true subsistence agriculture. This indicates
good, if not stellar, crop yields.
A strong presupposition is that early farmers understood how crops could be
raised by harnessing or co-opting natural processes. These efforts could easily be
characterized as agroecology.
Even with this understanding, farms of the period were not risk-free Gardens of
Eden. Effort was required, the knowledge of the time could not always guarantee
sustainable yields, also the risk of crop failure would have been high.

The Old (Reigning) Paradigm
From about the latter 1800s, western society was moving toward a form of agriculture characterized by the phrase “... endless fields of ripening grain.” This denotes a

land of plenty where mankind, through agriculture, gained authority over nature.
This transposed agriculture into a system where agricultural products come by way
of high inputs and high energy use.
From an ecological perspective, nature has been fully marginalized. This is characterized by the complete lack of biodiversity and the notion that mankind can handle the adversities of nature.
The transition away from the nature-dominated farm came about through technical advances. Tractors and harvesting machinery replaced draft animals and hand
labor. Other developments have been along the chemical front. Fertilizers replaced
manures and compost, and herbicides replaced hand weeding. Other chemicals
helped protect the large-scale, insect and disease-prone monocultures.
Genetic engineering has boosted yields all while providing a uniform, less variable output. Termed the green revolution, this reduced food shortages in many parts
of the world. Many avoided starvation as the new crop varieties and the change in
farming methods became widespread. Countries that suffered from chronic food
shortages were brought back from the edge.
The breeding of high-yielding staple crops was one step in bringing the green
revolution to its current state. The underlying model rests upon monocultures and
the goal of optimizing yields.


6

1 Introduction

Optimal yields require optimal growing conditions. Mandated in this quest are a
range of agrochemicals (including fertilizers, insecticides, herbicides, and fungicides) and, where possible and necessary, the use of irrigation.
The notion of cheap food for the masses has been a factor in the rise of this form
of agriculture. This has been aided, unnoticed, by a period of relative consistency in
weather patterns.
The changing of the climate may not be enough to alter this simple, entrenched,
and well understood agricultural model. However, the reigning paradigm has
exposed a host of troubles. Among these are environment side effects and, where
climate change intercedes, the reigning paradigm might be at its worst. This is

ongoing.

Mono-Cropping
The overriding advantage of this paradigm lies with its simplicity. Nothing could be
easier than a single crop grown on a single plot where, when problems occur, the
solutions are to spray and forget. The ability to operate within these simple parameters can favor large-scale, single-crop operations.

Photo 1.2  A large plot monoculture most associated with conventional agriculture


Mono-Cropping

7

Conventional, monoculture-based agriculture is often viewed, through the spray-­
and-­forget mentality, as discrete problems, each with individual solutions. This is
true, but there are also larger, interrelated issues.
There is a purpose in offering a lengthy discourse on the advantages and the
disadvantages associated with the large-scale monoculture. It is the latter, the extent
of the disadvantages, that highlight what could be if other, more nature-­
accommodating forms of agriculture are adopted.

Advantages
Farming is not an easy occupation. To be successful, the knowledge required is
extensive.
In addition to a familiarly with the crops, farmers are managing a business. There
is the accounting, the worries over future crop prices, the repairing of the farm
equipment, the maintaining the farm infrastructure, the hiring, allocating, and managing of labor, and a host of other concerns.
Farmers often do not have the time, and the inclination, to seriously consider
more complex agrosystems. Having adopted the simplest, that of chemically dependent monoculture, it can be very difficult to change to the complexity of biodiversity-­

based agriculture.

Disadvantages
In the long run, expectations have not been fully met. The yield gains have stalled
and, in many countries, no longer keep up with population growth. In addition, corollary effects have started to influence public opinion.
Although the toxicity of the chemicals utilized has been reduced, these remain a
problem and ultimately a concern. The continued expansion of super-large, single-­
crop farm fields has also taken a toll on the environment and on public perception.
Weather
As a high-input, high-output form of agriculture, crops must be protected, and, to do
this, farmers must purchase wide array of inputs. These include seeds along with the
accompanying agrochemicals. These purchases open farmers to increased risk.
This occurs along two fronts. These are:
1 . The risk of total yield failure.
2. The risk of low, crop-selling prices.


8

1 Introduction

Because of this, high-yielding monocultures may be the most risk prone form of
agriculture. Often, there is nothing, except inputs, to keep the threats at bay. High in
the list are changes in normal weather patterns. In this case, there is little, except for
irrigation, to counter unfavorable climatic events.
When crops fail, farmers have little to sell. In of itself, this is serious enough.
Crop failures also mean that farmers do not recoup the cost of seeds, fertilizers,
herbicides, and other costly inputs.
There are other dangers. These arise from those high-yielding species bred to
expect optimal growing conditions. Per-unit costs of production are low only

because the per-area yields are high.
The high cost of the many inputs means that, as yields decline, the per-unit cost
of production rises dramatically. If crop prices are low or inputs more costly than
expected, the anticipated profits can quickly become an undesirable monetary loss.
With so much weather and price risk, farmers would rightly shun this model,
instead using cropping systems less prone to failure and/or with less monetary loss
when failure does occur. In the developed world, governments have removed a lot
of this uncertainty. Farmers can obtain crop failure insurance and price supports.
This often makes the continued reliance upon green revolution model possible.
Water
In the absence of consistent and ample rainfall, high yields can come through the
use of irrigation. This is becoming less possible. People, cities, industry, and even
decorative landscaping can have a higher priority on water than agriculture. This is
especially true when major rivers cross from one country to another. In this case,
local officials are less concerned with the people and economy of the downriver
country. Water will not always be distributed wisely.
Rivers and catchments are not the only source; groundwater often figures heavily
in agriculture. Here again, there are problems.
The green revolution model can drain slowly to replenish sources. Published
examples of groundwater overused are common (e.g., Brown 2005). None seems as
problematic as the case of Northern India where huge declines in groundwater have
negative effects (Kerr 2009).
This is not the only consequence. Contamination from chemical runoff is a pollutant and an environmental issue.
Environmental Issues
The green revolution model achieves very high, per-area yields; it does little or
nothing to address accompanying environmental issues. Most of the criticisms are
along the environmental front.



×