党的十七届三中全会提出，要发展节约型农业、循环农业、生态农业，加强生态环境保护。这是建设生态文明的要求，也是积极发展现代农业、促进农业可持续发展的要求。
效法自然生态系统的可持续进化机制
认识和效法自然生态系统可持续进化的机制，是认识现代化学农业弊端和构建可持续农业的科学基础。自然生态系统之所以能够生生不息地持续进化，是因为它具有自循环、自平衡、自适应机制。
在自然生态系统中，植物以太阳能为能量，利用二氧化碳和土壤中的水分及各种营养物质来生产自身，动物吃植物获得物质和能量来生产自身，其排泄物和动植物死亡的残体经微生物分解还原后又回到了土壤中。自然生态系统的这种自循环是进化式循环，因为不仅取之于土壤中的物质能不断地返回到土壤中，而且由于不同植物根系的深浅不同、对营养物质的需求不同，深根植物的根系深入岩石的缝隙使之崩解变成土壤，使原固结于岩石中的各种植物所需物质散布到土壤中，植物通过吸收将其提取出来，动植物残体分解后又返回到土壤中，这一物质循环过程使地表坚硬的岩石外壳不断生成土壤，使土壤中植物生长所需的营养物质和有机质不断增多，无用的或有害的物质则不断流失，从而使土壤变得越来越深厚、松软、肥沃、涵水。自然生态系统中的植物生产者、动物消费者、微生物还原者和土壤、大气等无机环境共同构成一个协同进化的循环过程。
在热带雨林中，昆虫可能有数百万个物种，而且种群数量庞大，但为什么从来不会发生虫灾？原因就是自然生态系统的自平衡机制使得任何一个物种都不可能失控性地增长。自然生态系统具有极其丰富的生物多样性，这种生物多样性是生物在漫长的进化过程中，充分利用各种空间和资源而逐步形成的，各种生物之间和生物与环境之间相互适应、相互利用和相互制约，共同形成一个动态的自平衡体系。这个自平衡体系不仅包括地表陆海动植物和微生物，还包括地下土壤这个巨大的生物区系，其自平衡机制不仅体现于一个个具体的生态系统，而且体现于整个生物圈。
所有的生物都要通过对环境的自适应来实现进化，不能适应的都会灭亡。深根树在吸取土壤深层的水分和营养物质方面具有优势，但这也给浅根植物提供了生存空间和资源；高大的阔叶乔木在捕获太阳能方面具有优势，但针叶树、灌木、茅草、青苔、适阴植物同样也能找到自己的生存空间和资源。在自然生态系统中，所有的生物都是靠自适应性来实现生存和进化的。
认识现代化学农业的不可持续性
现代化学农业不可持续，是因为它丧失了自循环、自平衡、自适应性。
现代农业的一个突出社会特征是它的市场性，即农产品的消费在远离产地的城市甚至国外市场。这在生态学上带来一个问题，即以农产品形式取走的农田物质不能再返回到农田，从而使农田的物质循环链断裂，农业生产会因地力枯竭而不可持续。现代化学农业用向农田大量施用化学肥料的办法来替代农田物质循环断裂的环节，这又引起以下问题：增加了农业生产的物耗、能耗和成本，迟早会导致生产化学肥料所需原料的枯竭，使替代不可持续；化肥破坏了土壤生物区系的结构，造成严重的环境污染；农产品在远离农村的大城市集中消费，既大大增加了农产品加工、运输、仓储等过程中的能量消耗、农产品损耗、环境污染，而且农产品在消费后所产生的大量有机垃圾和人类排泄物成了城市环境的一个巨大污染源。
大规模、单一化、种养分离的农业模式是现代化学农业的基本摸式，因为它适应提高产量、技术服务、机械作业、农业管理、市场营销、规模效益等现代市场经济发展的要求。但这种模式带来了一系列的生态学问题。其一，它把人类的食物来源从历史上的几万个物种作了最大化的简化，使现在全球三分之二的食物来自水稻、小麦、玉米、马铃薯、大麦、木薯、高梁七种农作物，这就把人类的食物安全置于一个极狭窄的、高风险的遗传基础之上。其二，它不仅使农田不能实现全年作物有效覆盖，从而造成遍及全球的水土流失，而且使本可以进行持续生物生产的宝贵自然资源被间断性闲置。其三，它导致农田的生物多样性低于荒漠，从而使农业完全丧失了生物多样性的自平衡机制，这就为病虫害的大规模发生提供了条件。其四，现代化学农业用大量施用化学杀虫剂、杀草剂、抗生素等办法来替代生态系统的自平衡机制，像大量施用化学肥料一样既增加了农业的物耗、能耗和成本，而且这些化学物品的原料迟早也将枯竭，从而不可持续。其五，化学农药的使用范围不可能同时覆盖全部“害虫”、病菌，加上“害虫”、病菌繁殖、变异、适应性进化的速度极快，因而用化学武器消灭“害虫”、病菌不仅达不到目的，而且严重污染了食物链和整个环境，使所有生物包括人类自身也深受其害，并严重扰乱了自然生态系统自平衡的机制。
现代化学农业种养的一些动植物品种已脱离在自然环境中适应性进化的进程，从而丧失了对自然生态环境的自适应能力，它们是人类选择而不是自然选择的结果，因而只有在人类的科技呵护和特设环境中才能生存，这种农业的自然基础和社会基础都是极其脆弱的。就自然基础而言，现代化学农业依赖于物质和能量的高投入，随着这些化石能源的濒临枯竭，现代化学农业的成本将不断攀升直至无以为继。因而，现代化学农业的物质和能量高投入都是不可持续的，这种高投入带来的高污染也是人类社会可持续发展和整个生命系统可持续进化所不可承受的。就社会基础而言，现代化学农业的高投入直接带来了它的高成本，加上食物生产供应链中复杂的社会分工环节，使得它即使依赖于财政的巨额补贴仍然缺乏发展的动力。依赖于巨额补贴和规模经营的发达国家的农业还借助市场机制摧毁了一些贫穷国家的小农业，使全球出现粮食危机。
推进可持续农业发展
农业可持续发展是经济社会可持续发展的基础。现代化学农业的不可持续性决定了必须变革农业发展模式，使农业尽快转向可持续发展轨道。这种转变当然不可能一步到位，但千里之行，始于足下。
不断降低农业的化石能源消耗和物质消耗包括水耗，既是今天应对资源枯竭、环境污染的必然选择，也是转换农业发展模式的现实起点。发展节约型农业，首先要尽最大可能地用有机肥替代化学肥料。施用有机肥可以使作物保持营养平衡，因而也就可以在减少化肥施用量的同时，减少虫害和农药的施用量。我国农民人均耕地很少，种植一些饲料作物，并将农作物秸秆转化成饲料，同时利用家庭的剩余饭菜，发展家庭养殖业，这就等于是既提高了土地粮食产出率，又增加了畜禽粪便，把人畜粪便、有机废物和环境中的杂草、枯枝落叶、塘沟淤泥等转化成有机肥料返回到农田，又可以在很大程度上实现对化肥的替代和减少农药的施用量，从而大大提高经济社会和生态的综合效益。
节约型农业要达到节约的最大化，就需要通过物质循环机制实现资源的充分利用。循环农业要使取之于农田的物质能返回到农田，需要通过一系列的大小循环来实现。例如，在种植作物的同时种植固氮植物，就可以在种植环节在农田实现氮的小循环；同时放养某些吃杂草、虫子的小动物，动物在除虫的同时，其粪便又给作物施肥，也是农田物质的一种小循环。农作物收获后就地加工，除一部分可供直接最终消费的产品进入市场外，其余留下就地消费，将养殖业全部放在农村，将作物秸秆和粮食加工的剩余物最大化地转化为饲料，将人畜粪便和不能转化为饲料的有机废料进行厌氧处理，获得燃效肥效更高的甲烷燃料和有机肥料，这是农村生产与消费的中循环。进入城市的农产品经消费后，其剩余物和排泄物可进行产业化厌氧处理，所产生的甲烷可供小区居民作燃料，有机肥可返回到农田利用，这是城乡生产与消费的一种大循环。通过这种大中小循环的结合，不仅可以重建农田物质循环链，节约物能投入，而且还能获得廉价的可持续利用的清洁燃料，并大大减少环境污染。
节约和循环都是要实现资源的充分利用，资源的充分利用就是没有资源浪费、没有废物弃置，这包括土地、肥料、降雨、光热、物种、空间等一切农业资源的最大化利用。这种利用只有通过丰富的生物多样性才能实现，这就要求农业要效法自然，这种农业就是生态农业。生态农业不仅要实现资源的高效利用、物质的充分循环，而且要实现自适应、自平衡。生态系统的抗逆性和自平衡能力与生物多样性正相关，生态农业的根本特性，是它与自然生态系统的协同性和它自身的可持续性，这种可持续性是建立在生物多样性的自平衡基础之上的。这是几十种乃至几百种互利共生的植物、动物、微生物的有机组合，是生物学、园艺学、生态学和传统经验的集成，在开始设计和构建时，需要有多样化知识的综合，在以后的过程中，主要靠其自身的自适应、自循环、自平衡来持续生产，因而这不仅是常年产出、多产高产的农业，而且是“自己照顾自己的农业”。目前在全球许多地方得到应用的“生物集约园艺法”，可以视为是生态农业的一种雏形，与化学农业相比，这种农业模式每生产一个单位食物，所需的水可减少88％，所需的土地可减少60％至80％，除需要几种简单的手工工具外，不需要额外的资本和化学物质投入。
