氣候變化對作物生長環境的影響。氣候變化促使地表溫度升高，從而導致土壤微生物活性提升，加速了土壤有機質和氮的流失，造成土壤退化、侵蝕、鹽漬化的現象時有發生，削弱了農業生態系統抵御自然災害的能力。同時，區域熱量條件的改變影響著全球水循環過程，改變了區域降水量和降水分布的格局，增加了洪澇、干旱等降水極端事件的發生。近幾年，因氣候變化引起的極端降水事件明顯加劇，總體上呈現為南澇北旱，且災害面積在不斷增加，導致區域內作物生長嚴重受阻，甚至出現絕收現象。另外，由全球氣候的極端變化引發的低溫冷害、熱害等氣候災害也時有發生，總體上是東北、華北地區的霜害依存、凍害呈加重的趨勢，華南地區熱害依存、寒害呈頻發的趨勢，甚至部分地區受災害的影響導致稻谷減產10％～18％，嚴重影響到我國糧食主產區的糧食生產安全。

 

        氣候變化對作物種植制度的影響。全球的氣候變化加快了部分受影響區域內原有作物的生育進程，縮短了生育期，減弱了抵御氣候波動的能力。特別是我國華東地區的大麥、小麥和油菜等作物，該地區種植的作物品種大多是早熟品種，隨著冬季氣候的變暖，作物越冬期也相應的縮短，作物返青拔節或抽苔的時間也隨著氣候的變暖而提前發動，從而減弱了植株的抗寒能力，造成了作物更易遭受凍害的侵襲，導致作物產量受到嚴重損害，這為我國種植制度的調整提出了新的挑戰。

 

        由于氮肥能夠大幅提高糧食產量，全球氮肥使用量增長迅猛，而同時土壤含氮量也隨之提高，經微生物作用學基金會《長期生態研究》項目在全球共有25個農業基地。密歐根州州立大學的菲爾、羅伯森認為，農業生產造成的溫室氣體排放估計占全球總量的8％-14％。研究表明，農民通過精準施肥能夠有效減少化肥使用量，從而削減排放。

 

        CO2高濃度抑制作物硝酸鹽轉化成蛋白質的過程。氮同化作用，又稱氮同化過程、在植物的生長和生產中起著關鍵的作用。在糧食作物中，氮同化作用尤其重要、因為植物利用氮產生對人類營養至關重要的蛋白質。據英國《衛報》報道，科學家對小麥、稻米、玉米和大豆均進行了田間試驗，試驗證明升高的CO2水平明顯降低了這些作物所含的如鐵、鋅等此類的基本營養物質，同時降低了這些作物的蛋白質含量。據研究，在高CO2水平下成長的小麥相比正常水平鋅含量減少了9％，鐵減少了5％，蛋白質含量減少6％;同樣的，在高CO2水平下成長的稻米，鋅含量減少了3％，鐵減少了5％，蛋白質含量減少8％;玉米和大豆的鋅和鐵含量減少水平相近，但蛋白質含量變化不大。無獨有偶，《自然氣候變化》雜志發表了《田間生長麥子的硝酸鹽同化受到CO2升高的抑制》，該論文研究首次證明，大氣CO2濃度升高抑制了農作物將硝酸鹽轉化成蛋白質的過程。這也意味著氣候變化加劇，將導致糧食作物的營養質量變差。土壤中的有機含氮化合物主要源于動物、植物和微生物軀體的腐爛分解，但這些含氮化合物中的大多數是不溶于水的，通常不能直接為植物所利用，植物只可以吸收其中的氨基酸、酰胺和尿素等水溶性的有機氮化物。于是，以銨鹽和硝酸鹽為主的無機氮化物，占土壤含氮量的1％-2％。植物從土壤中吸收銨鹽后，可直接利用它去合成氨基酸這樣的有機氮化物;如果吸收硝酸鹽，則必須經過代謝還原才能將其利用。總之，植物從土壤中吸收銨，或由硝酸鹽還原形成銨后會立即被同化為氨基酸。氨的同化在根、根瘤和葉部進行。未來幾十年內，蛋白質總量可能下降約3％。

 

        現在歐美國家以及一些東南亞地區積極發展的立體種植技術，不耗費土地資源，封閉的土壤利用環境減少對土壤的破壞程度，同時循壞的水肥系統極大的增大了資源的循環利用和可持續。植物補光燈的大規模應用也解決了室內立體種植缺乏光照的情況，同時由于植物補光燈的光譜可搭配可根據不同植物定制不同的光譜，光照強弱皆可控制，搭配水肥一體化的現代化措施，使精細化生產可視化。

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