气候变化对农作物生长环境的影响。气候变化促进了地表温度的升高，导致土壤微生物活性的提高，加速了土壤有机质和氮的流失，导致土壤退化、侵蚀和盐渍化，削弱了农业生态系统抵御自然灾害的能力。同时，区域热条件的变化影响了全球水循环过程，改变了区域降水量和降水分布的模式，增加了洪水、干旱等极端降水事件的发生。近年来，气候变化引起的极端降水事件明显加剧，一般为南涝北旱，灾区不断增加，导致该地区农作物生长严重受阻，甚至出现收获现象。此外，全球气候极端变化引起的低温冷热等气候灾害也时有发生。一般来说，东北和华北地区的霜冻依赖和冻害加剧，华南地区的热依赖和寒冷频繁发生，甚至部分地区受灾害影响。％～18％，严重影响我国粮食主产区粮食生产安全。
气候变化对作物种植体系的影响。全球气候变化加速了部分受影响地区原作物的生育过程，缩短了生育期，削弱了抵御气候波动的能力。特别是华东地区的大麦、小麦、强奸等作物，该地区种植的作物品种多为早熟品种。随着冬季气候变暖，作物越冬期相应缩短，随着气候变暖，作物返青拔节或苔藓提前启动，削弱了植物的抗寒性，使作物更容易受到冻害，严重损害作物产量，对我国种植体系的调整提出了新的挑战。
由于氮肥可以大大提高粮食产量，全球氮肥使用量迅速增长，土壤氮含量也随之提高。微生物作用基金会“长期生态研究”项目在全球共有25个农业基地。密欧根州立大学的菲尔和罗伯森认为，农业生产引起的温室气体排放估计占全球总量的8%％-14％。研究表明，农民可以通过精确施肥有效减少化肥的使用，从而减少排放。
二氧化碳高浓度抑制作物硝酸盐转化为蛋白质的过程。氮同化，又称氮同化过程，在植物的生长和生产中起着关键作用。氮同化在粮食作物中尤为重要，因为植物利用氮产生对人类营养至关重要的蛋白质。据《卫报》报道，科学家们对小麦、大米、玉米和大豆进行了田间试验，证明CO2水平的提高显著降低了铁、锌等基本营养物质，以及蛋白质含量。据研究，与正常水平相比，高CO2水平生长的小麦锌含量降低了9％，铁减少了5％，蛋白质含量减少6％;同样，在高CO2水平生长的大米锌含量也降低了3％，铁减少了5％，蛋白质含量减少8％;玉米和大豆的锌和铁含量相似，但蛋白质含量变化不大。巧合的是，《自然气候变化》杂志发表了《田间生长小麦的硝酸盐同化受到二氧化碳升高的抑制》，首次证明大气二氧化碳浓度的增加抑制了作物将硝酸盐转化为蛋白质的过程。这也意味着气候变化的加剧会导致粮食作物营养质量的恶化。土壤中的有机氮化合物主要来自动物、植物和微生物体的腐烂分解，但这些氮化合物大多不溶于水，通常不能直接用于植物，植物只能吸收氨基酸、酰胺和尿素等水溶性有机氮化物。因此，以铵盐和硝酸盐为主的无机氮化物占土壤氮含量的1%％-2％。植物从土壤中吸收铵盐后，可直接用于合成氨基酸等有机氮化物；如果硝酸盐被吸收，它必须经过代谢还原才能使用。总之，植物从土壤中吸收铵，或由硝酸盐还原形成铵后，会立即同化为氨基酸。氨的同化在根、根瘤和叶部进行。未来几十年，蛋白质总量可能会下降3倍左右％。
目前，欧美国家和一些东南亚地区积极发展的三维种植技术不消耗土地资源，封闭的土壤利用环境减少了对土壤的破坏，循环水肥系统大大提高了资源的循环利用和可持续性。植物补光灯的大规模应用也解决了室内三维种植缺乏光照的问题。同时，由于植物补光灯的光谱可以根据不同的植物定制，光照强度可以控制，结合水肥一体化的现代措施，使精细生产可视化。
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