农业面临的挑战是为不断增长的全球人口提供粮食和日益增长的燃料。在边际土地上生产生物能源作物——农田不是粮食作物的最佳选择——可以帮助实现能源目标,同时最大限度地减少与粮食生产的竞争。然而,在边际土地上种植生物能源原料(主要是一年生粮食作物)的生态成本和效益一直受到质疑。在这里,我们表明多年生生物能源作物提供了一种替代一年生谷物的作物,它增加了多个类群的生物多样性,维持了多种生态系统功能,促进了多功能农业景观的创造。我们发现柳枝稷和草原植物比玉米含有更多的植物、美营养菌、节肢动物和鸟类多样性。尽管玉米的生物量生产较大,但多年生草地的甲烷消耗、病虫害抑制、授粉和草鸟保护等其他生态系统服务均较高。此外,我们发现生物多样性与生态系统服务之间的联系不仅取决于生物能源作物的选择,而且取决于其相对于其他生境的位置,在决定某些服务的提供方面,当地景观环境与作物选择同样重要。我们的研究表明,支持协调土地利用的生物能源政策可以使农业景观多样化,并维持多种关键的生态系统服务。