Une question clé dans le débat sur la contribution de l'agriculture biologique à l'avenir de l'agriculture mondiale est de savoir si elle peut produire suffisamment de nourriture pour nourrir le monde. Les comparaisons des rendements biologiques et conventionnels jouent un rôle central dans ce débat. Les potentiels de rendement des cultures sont définis comme le rendement maximal d'un cultivar donné dans des conditions climatiques définies, tout en évitant les restrictions d'eau et d'éléments nutritifs, et les baisses de rendement, dues aux ravageurs et aux maladies. Les facteurs limitants le rendement, en particulier les limitations de nutriments et les ravageurs/maladies jouent généralement un rôle plus important dans l'agriculture biologique; de sorte que le mieux ceux-ci sont contrôlés dans l'agriculture conventionnelle plus l'écart est présent entre les rendements biologiques et conventionnelles.

Une revue de la littérature des données de rendement comparatif organique-classique a été entrepris en 2004 et mis à jour en 2010. Etant donné que les deux systèmes conventionnels et biologiques évoluent en permanence, les données provenant avant 1985 étaient considérées comme obsolètes et non inclus, à l'exception des essais à long terme s'étendant significativement au-delà de cette année. Les données de rendement pour les pays industrialisés ont été considérées comme non représentatives si les rendements classiques semblaient être bien en dessous de la moyenne régionale. 352 articles comparent les rendements entre classique et biologique. Les différences entre groupes de cultures et de régions ont été testées en utilisant une analyse de variance et la méthode non paramétrique de Kruskal-Wallis, respectivement.

Les résultats montrent que les rendements de cultures organiques individuels sont en moyenne de 80% des rendements conventionnels et prend une position intermédiaire entre les données empiriques présentées par d'autres auteurs, mais la variation est importante (écart-type de 21%). Dans le jeu de données, l'écart de rendement organique est significativement différent entre groupes de cultures et régions.
Les écarts de rendement de l'agriculture biologique différaient entre les cultures et entre les régions, même avec l'incidence de la maladie et de ravageurs plus élevée dans les régions tropicales (humides), l'écart de rendement est relativement faible pour l'Asie et aux pays en développement, et les conditions tropicales en général. L'écart de rendement organique relativement faible pour le soja, la catégorie et le trèfle peut être expliquée en partie par leur capacité à fixer l'azote.

Les niveaux de rendement de l'agriculture classique analysés sont souvent une sous-estimation et offrent des possibilités d'amélioration, ce qui pourrait fausser l'estimation de différence de rendement avec l'agriculture biologique. De plus, la sous-représentation des données des pays en développement, appellent à une recherche quantitative et empirique à des niveaux plus élevés du système agricole (passage de terrain d'une culture champs à rotation des cultures).

L'écart de rendement de l'agriculture organique est estimé à 20%, mais diffère quelque peu entre les cultures et les régions. Une explication possible est que lorsque les rendements de l'agriculture conventionnelles sont élevés et relativement proche du niveau de potentiel maximum ou avec l'eau comme facteur limitant, le stress des éléments nutritifs doit être faible et les ravageurs et les maladies bien contrôlées, ce qui sont des conditions plus difficile à atteindre dans l'agriculture biologique qui ne serait pas alors exprimé à son potentiel maximal.

Etant donné que le maintien de la fertilité des sols est généralement un plus grand défi pour les systèmes organiques, aux niveaux d'une ferme ou d'une région, les écarts de rendement de l'agriculture biologique peuvent être supérieures à 20%. Lors de la conversion de nos résultats au niveau du terrain et de la culture, à la rotation des cultures, la ferme et au niveau régional, une question cruciale est dans quelle mesure les nutriments suffisants peuvent être fournis dans les systèmes biologiques pour maintenir les niveaux de rendement? Cela concerne en particulier le rôle des légumineuses dans la rotation et le système de l'agriculture, et de la disponibilité d'engrais (organique) à des niveaux plus élevés du système. Nous émettons l'hypothèse que à des niveaux plus élevés du système des écarts de rendement moyen de l'agriculture biologique peut être supérieure à 20%.