持续农业研究实际上是农业持续发展的生产、技术与管理体系的研究，其核心是国家或区域农业自然资源持续及其居民生存与发展的能力，以及为实现这一能力应该采取的对策与保证条件。
美国是从事持续农业理论研究最早的国家，自1987年首次提出“低投入持续农业”主张后，1990年又改为“持续农业研究与教育”，同时还提出了“高效率持续农业”和“最高经济产量”的持续体系。“低投入持续农业”注重充分、合理、有效地利用农场内部资源，获得经营者可以接受的农畜产品产量和经济效益；“高效率持续农业”将农业生产的全部过程延伸到自然生态环境中的各个方面，注重农业生态原则和各个环节的科学化管理，依靠科学技术进步，最大限度地增加农业纯收益的前提下，创造一种“无风险”或“无污染”的条件，以保护资源、环境和农业生产持续、稳定的发展。为了把两种观点有效地结合起来，美国农业部于1990年通过了一个农业法案，该法案的中心意思是在未来五年，美国要努力发展一种既能节约资源，又能保护环境的农业。
随后，德国、荷兰、日本、法国、澳大利亚等发达国家，在围绕缩减财政开支，永续利用资源，保持生态环境和提高农场主净收入等方面，开展了符合本国国情的“持续农业”理论探讨和实践活动，并相继提出了“综合农业”（德国、荷兰）、“环保型农业”（法国、日本）、“生态持续发展农业”（澳大利亚）。虽然提法不同，但有些共同的原则：①维持和提高农业综合生产力。②减少或避免对农业及其有关系统的资源基础产生不利影响。③审慎地使用化学制品，尽量减少农业化学制品的残留影响。④有效地应付气候和市场变化。⑤尽力获取最理想的经济、环境和社会的整体效益。1993年在加拿大召开的“发达国家持续农业研究”国际学术会，就发达国家持续农业的工作目标、方法论进行了讨论，从发达国家已有的研究看，持续农业理论研究的基本组成主要涉及以下几个方面。
作物养分综合管理（IPNM）
一、土壤养分与植物营养
自从19世纪矿质营养学说、土壤发生学说和土壤微生物学说先后诞生以来，土壤和植物营养科学已为人类做出了巨大贡献，推动了农业的迅速发展。
众所周知，土壤是植物的立地之本，是植物生长发育的重要物质基础之一，特别是根际土壤的植物营养生长根际沉积、有机体和土壤结构三位一体组成的根际微生态系统，构成了满足生长发育的最佳土壤环境条件。土壤肥力是在其他外界环境条件均适合农作物生长时，土壤对农作物以适当量和适当比例供应各种营养的总体能力。生产实践表明，肥沃的土壤不一定高产，由此又提出了土壤生产力的概念，即在特定的耕作管理制度下，土壤生产某种农作物的能力。当前研究最多，也是最重要的研究是土壤肥力及管理的研究。包括土壤—植物系统中营养元素的迁移和物质循环、土壤肥力变化与利用方式、施肥制度与田间残留物管理制度的关系、不同的土壤生产力及其限制因素、松动土壤（如矿区土壤、退化土壤）的土壤生产力恢复等。总之，土壤科学已站在全球生态环境的高度上研究土壤圈中水分、碳、氮、硫、磷和金属元素之间的转化、循环及其生态效应和资源效应，分析土壤与植物的辩证关系，从而运用模型生态学方法对田间无法准确剖析的土壤及各种自然过程和功能进行仿真模拟，使其成为可量化分析的精确科学。
植物营养科学是研究植物与环境之间营养物质、能量交换以及植物体内营养物质的运输、能量转化过程及其控制。以植物为对象，重点研究其生长发育中供应、吸收、转化和利用新陈代谢过程中所必要的营养元素。当然也涉及各种养分和非养分物质在土壤中存在的形态、有效利用的途径。植物营养可通过多种非土壤供应方式获得，如叶面喷施、叶脉吸入、茎干注射以及温室施用二氧化碳等。
植物营养科学主要包括九个部分：植物矿质营养生理、根际微生物系统中物质循环及其调控、逆境植物营养生理、农作物产量生理、植物营养生态学、植物的土壤营养、植物矿质营养遗传学、肥料学以及优化平衡施肥、植物营养研究方法。近年来，植物营养学的研究进展表明，采用合理施肥、培肥土壤和遗传改良，克服过量施用化肥的弊端，有助于保护生态环境。
二、耕作制度与作物轮作
改革耕作制度，实行合理作物轮作、间作、套种、复种，是作物养分管理的重要途径，特别是同豆科作物的轮作，是一种非常有效的提供氮肥的方式，它有助于下茬作物在较高氮肥水平下生长，保持较高的作物产量。豆科作物提供氮肥的效应受豆科作物品种的影响，不同豆科作物品种，其固氮能力呈现出明显差异（见表31）。从表中可以看出，大豆、蚕豆、苜蓿的固氮能力较强，即使同一作物品种，管理和物理因素不同，其固氮能力也有差异。温室条件下不同温度、不同种植时间对豆科作物固氮能力的影响见（见表32）。
对作物养分管理还包括大部分与土壤管理有关的活动，如保持性耕作、土壤理化性状调节、土壤生物管理等。这些管理，虽然不能直接地供给作物有效养分，但能明显地降低土壤侵蚀，改善土壤结构与作物生理性状，从而促进作物对养分有效吸收和利用。特别是土壤生物管理，其对于作物摄取养分管理开始注意有机肥同无机肥的配合使用，意识到单纯地使用有机肥或无机肥都不能保持农业持续发展。持续农业并不排斥化肥使用，重要的是如何合理、有效地应用化肥，通过改良作物性状，使作物充分、有效地吸收其养分。
三、提高肥料利用率和利用效率
化肥的施用是农作物增产的主要技术措施。以美国为代表的发达国家都曾经历过一个由提高化肥利用率多施化肥到提高化肥利用率少施化肥的转变过程。目前提高化肥利用率主要有以下几种途径：①改进化肥制造、加工工艺，向浓缩化、复合化、液体化和缓效控释方向发展，开发新型化肥品种，淘汰相形见绌的旧品种。②改进施肥技术、方法和机具，大力推广测土配方施肥技术和方法。③利用生物技术开发新型有机肥料、微生物肥料，使有机肥料生产工业化、产品系列化、投入商品化和废物资源化等。
微生物肥料是一种以微生物生命活动作为特定肥料效应的生物制品，微生物肥料通常分为两类：①狭义的微生物肥料，它是通过其中所含微生物的生命活动，增加植物元素营养的供应量，导致作物营养状况的改善，进而提高产量。代表品种是根瘤菌肥。②广义的微生物肥料，它的作用不仅限于提高植物的营养元素供应水平，还包括它们产生的植物激素对植物的刺激作用，促进植物对营养元素的吸收，或拒抗某些病原微生物的致病作用，减轻作物病虫害导致产量增加等。
微生物肥料通常能够发挥下列功效：①增加土壤肥力。②增加作物营养吸收能力。③增强作物抗逆能力，促进作物生长。
有害生物综合治理（IPM）
有害生物综合治理的研究是整个作物系统中在以生物群落为调节单元的基础上，通过构建、协调各种保护措施，以此改善和增强有益生物的因子，制约有害的生物因子，恢复人工生态系统的良性循环，促使益、害生物种群达到某种生态平衡，从而可长期有效地抑制有害生物的暴发。其中，生物防治、抗生品种、作物布局、水肥管理及其他生态措施（伴生植物、环境改良）的手段与方法有利于缓解自然资源持续与外部能源投入之间的矛盾。因此，IPM的发展不仅仅是强调技术的组合与协调，而是要以维护资源的可持续性与再生性为前提，从以往强调“局部”技术的协调性转移到强调“全局”资源的维护、持续与再生的相关技术综合利用上来。因而，持续农业发展中的植物保护工作在以资源为主题的思想下，必须重申坚持“预防为主、综合防治”的工作方针，重视和加强“以防为主”的病虫草害的综合治理技术的研究，在保障农业稳产高产的基础上，达到减少农业能源投入、健康生产与资源持续的目的。
一、有害生物综合治理的概念
在20世纪40年代末期，昆虫学家就提出了常年监测害虫种群、重视天敌作用、应用生态学原理进行化学防治和生物防治的综合防治概念。其后，“综合防治”的概念扩大到对所有害虫的控制方法。1966年，FAO专家组提出了“有害生物综合防治”的概念，对害虫综合防治下了一个定义：“害虫综合治理是一套害虫治理系统，这个系统考虑到害虫中的种群动态及其有关环境，利用所有适当的方法与技术以尽可能互相配合的方式，把害虫种群控制在低于经济危害的水平。”
在这个定义中，可以看到：这里只要求降低害虫种群的数量，使其不造成危害，而不要求彻底消灭害虫。害虫的防治要根据害虫种群的变动及其有关环境来开展的，这一点是在以前的害虫防治中较少提到的。美国环境质量委员会1972年提出了“有害生物综合治理”的概念与内容。1978年，RFsmith对害虫综合治理下了一个较详尽的定义：“害虫综合治理乃是一个多学科、偏重于生态学的对害虫种群的管理方法。它利用各种防治方法配合成为一个协调的害虫管理系统，在它的实施中，害虫治理乃是多战术的战略，但是在这些战术中，要充分利用自然防治因素，而只是在必需时，才用人工的方法防治害虫”。
这一定义强调在任何情况下，防治策略都要使其所有的防治手段与环境中的自然调节因素或限制因素配合起来。
生物综合治理的控制措施包括生物防治、利用抗性品种、利用外信息素或次生物质干扰害虫的行为或生理，农业栽培措施、机械或人工防治。
1.生物防治。它是一种成功和有效的非化学防治有害生物方法。自然界存在着各种各样的生物，它们相互依存，相互抑制，形成了所谓的“自然防治”。自然界中害虫的捕食者、寄生物、病原菌被称为害虫的天敌。在害虫与其天敌之间的矛盾斗争过程中，天敌经常抑制害虫的发生，因此，利用生物及其代谢产物控制害虫的方法称为生物防治法。害虫的天敌包括病原微生物、线虫、蛛形纲、昆虫纲（捕食性及寄生性昆虫）和一些脊椎动物。生物防治可克服化学防治导致害虫抗药性、杀伤天敌、污染环境等缺点，是生物综合治理重要组成部分。
20世纪前，美国从澳大利亚引进澳洲瓢虫，成功地控制柑橘绵蚧以来，美国利用引进的生物天敌已控制了370多种害虫。目前，生物防治主要包括寄生性天敌和捕食性天敌防治有害生物。寄生性天敌，通过对有害生物的寄生，破坏有害生物的生活史或生活周期致其死亡，达到防治目的，它可分为寄生性害虫天敌和寄生性病菌天敌。例如，寄生蝇可以寄生3目18科100多种害虫，核桃蚜茧蜂寄生于核桃蚜，小茧蜂防治东方果实蝇，黄绒小茧蜂寄生欧洲菜白蝶，假单胞杆菌防治丝核菌和腐霉菌引起的棉花病害。捕食性天敌，则是在有害生物猖獗前，大量释放或定期释放，控制有害生物的危害超过经济阈值。如，瓢虫捕食石榴小爪螨和吹绵蚧、孟氏隐唇瓢虫捕食柑橘粉虱、蚜狮幼虫和棉铃虫等。
病原细菌能有效地防治线虫，但考虑到大规模生产成本较高，实践中很少采用。目前，一种成本小、效果好的线虫防治方法已研制，即采用美丽猪屎豆和狗牙根杂草防治线虫再殖。如果通过遗传工程，使这杂草产生一定数量的线虫引诱物质，可以完全取代除草剂的作用，可利用这种具有毒素抑制作用的植物，抑制杂草发芽、生长，特别是对一年生阔叶杂草，效果更明显。
所有这些成功的生物防治实例，进一步说明了生物防治在有害生物治理中的重要作用。同时，随着人们对有害生物生态、生理、生化特性的深入研究和了解，以及性激素、脑激素等生物激素的研究和应用，对有害生物的生物防治将呈现出更加广阔的前景。
2.栽培防治。指通过一系列农事活动及其栽培措施，或调节作用对有害生物侵袭的抵御能力，或破坏有害生物生活史，扰乱其生活周期，从而达到治理有害生物的目的。栽培措施主要包括：加强田间卫生管理，这种方法在果园中非常有效；改变种植计划，实行有计划的轮作、间作（如马铃薯与苜蓿轮作可以减少金针虫危害，燕麦与玉米轮作可以抑制玉米根虫害发生）；调整作物种植和收获时间，使害虫与作物生长发育不吻合。如在美国北方地区提早种植玉米可以减少夜蛾和秋黏虫的侵害，在南方各州提早种植可以减少玉米秆蛀虫的危害，每年秋天推迟小麦的种植可以减少麦秆蝇产卵。此外，种植抗性作物品种，利用生物技术选育抗病虫新品种，能明显地防治有害生物，特别是对病害的防治。如通过重组DNA技术直接向植物体导入抗性性状，或用基因枪直接把DNA质粒射入细胞核中，转移细胞基因到植物中获得抗虫植物，插入病毒外壳蛋白基因以创造抗病毒植物等。
对杂草的栽培防治有许多方法。从生态角度讲，合理的轮作次序、间作安排，特别是同豆科和饲料作物轮作，效果更好；增加种植密度，调节播种行距，可以减少杂草生长。在杂草发芽阶段，窄行种植（15～36cm）同宽行种植（75～90cm）比较，可增加18%的防除作用，在发芽后的前半个生长期，可增加80%的抑制作用；利用地膜覆盖技术，能增加土壤二氧化碳与氧气的浓度比，增加表层土壤温、湿度，改变土壤化学特性等，从而达到明显地抑制杂草生长的目的。
最近几年，育种工作开始关注作物品种抵御和忍耐杂草侵袭能力的研究。从目前的情况看，有许多品种对杂草有较好的耐抗能力。
3.抗性品种防治。指操纵植物或动物的基因构成，使其抵抗害虫的攻击。
4.机械或物理防治。指直接或间接杀死害虫的方法或使环境不适于害虫的入侵、扩散或繁殖。与栽培防治的区别在于以控制害虫为目的，不仅仅是改良、管理与操纵。
5.自绝防治。指通过操纵害虫的遗传结构，使其不能在资源环境中存活，或通过物理技术处理害虫造成雄虫不育。
二、生物防治