Pertanian
yang langka air. Penggunaan air di pertanian juga dapat menjadi penyebab masalah lingkungan, termasuk hilangnya rawa, penyebaran penyakit melalui air, dan degradasi lahan seperti salinisasi tanah ketika irigasi tidak dilakukan dengan baik.
Penggunaan pestisida telah meningkat sejak tahun 1950an, menjadi 2.5 juta ton per tahun di seluruh dunia. Namun tingkat kehilangan produksi pertanian tetap terjadi dalam jumlah yang relatif konstan. WHO memperkirakan pada tahun 1992 bahwa 3 juta manusia keracunan pestisida setiap tahun dan menyebabkan kematian 200 ribu jiwa. Pestisida dapat menyebabkan resistansi pestisida pada populasi hama sehingga pengembangan pestisida baru terus berlanjut.
Argumen alernatif dari masalah ini adalah pestisida merupakan salah satu cara untuk meningkatkan produksi pangan pada lahan yang terbatas, sehingga dapat menumbuhkan lebih banyak tanaman pertanian pada lahan yang lebih sempit dan memberikan ruang lebih banyak bagi alam liar dengan mencegah perluasan lahan pertanian lebih ekstensif. Namun berbagai kritik berkembang bahwa
perluasan lahan yang mengorbankan lingkungan karena peningkatan kebutuhan pangan tidak dapat dihindari, dan pestisida hanya menggantikan praktik pertanian yang baik yang ada seperti rotasi tanaman. Rotasi tanaman mencegah penumpukan hama yang sama pada satu lahan sehingga hama diharapkan menghilang setelah panen dan tidak datang kembali karena tanaman yang ditanam tidak sama dengan yang sebelumnya.
Pertanian adalah salah satu yang mempengaruhi perubahan iklim, dan perubahan iklim memiliki dampak bagi pertanian. Perubahan iklim memiliki pengaruh bagi pertanian melalui perubahan temperatur, hujan (perubahan periode dan kuantitas), kadar karbon dioksida di udara, radiasi matahari, dan interaksi dari semua elemen tersebut. Kejadian ekstrem seperti kekeringan dan banjir diperkirakan
meningkat akibat perubahan iklim. Pertanian merupakan sektor yang paling rentan terhadap perubahan iklim. Suplai air akan menjadi hal yang kritis untuk menjaga produksi pertanian dan menyediakan bahan pangan. Fluktuasi debit sungai akan terus terjadi akibat perubahan iklim. Negara di sekitar sungai Nil sudah mengalami dampak fluktuasi debit sungai yang mempengaruhi hasil pertanian musiman
yang mampu mengurangi hasil pertanian hingga 50%. Pendekatan yang bersifat mengubah diperlukan untuk mengelola sumber daya alam pada masa depan, seperti perubahan kebijakan, metode praktik, dan alat untuk mempromosikan pertanian berbasis iklim dan lebih banyak menggunakan informasi ilmiah dalam menganalisa risiko dan kerentanan akibat perubahan iklim.
Pertanian dapat memitigasi sekaligus memperburuk pemanasan global. Beberapa dari peningkatan kadar karbon dioksida di atmosfer bumi dikarenakan dekomposisi materi organik yang berada di tanah, dan sebagian besar gas metanan yang dilepaskan ke atmosfer berasal dari aktivitas pertanian, termasuk dekomposisi pada lahan basah pertanian seperti sawah, dan aktivitas digesti hewan ternak. Tanah yang basah dan anaerobik mampu
menyebabkan denitrifikasi dan hilangnya nitrogen dari tanah, menyebabkan lepasnya gas nitrat oksida dan nitro oksida ke udara yang merupakan gas rumah kaca. Perubahan metode pengelolaan pertanian mampu mengurangi pelepasan gas rumah kaca ini, dan tanah dapat difungsikan kembali sebagai fasilitas sekuestrasi karbon.
Sejak tahun 1940, produktivitas pertanian meningkat secara signifikan dikarenakan penggunaan energi yang intensif dari aktivitas mekanisasi pertanian, pupuk, dan pestisida. Input energi ini sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil. Revolusi Hijau mengubah pertanian di seluruh dunia dengan peningkatan produksi biji-bijian secara signifikan, dan kini pertanian modern membutuhkan input minyak bumi dan
gas alam untuk sumber energi dan produksi pupuk. Telah terjadi kekhawatiran bahwa kelangkaan energi fosil akan menyebabkan tingginya biaya produksi pertanian sehingga mengurangi hasil pertanian dan kelangkaan pangan. Negara industri bergantung pada bahan bakar fosil secara dua hal, yaitu secara langsung dikonsumsi sebagai sumber energi di pertanian, dan secara tidak langsung sebagai
input untuk manufaktur pupuk dan pestisida. Konsumsi langsung dapat mencakup penggunaan pelumas dalam perawatan permesinan, dan fluida penukar panas pada mesin pemanas dan pendingin. Pertanian di Amerika Serikat mengkonsumsi sektar 1.2 eksajoule pada tahun 2002, yang merupakan 1% dari total energi yang dikonsumsi di negara tersebut. Konsumsi tidak langsung yaitu sebagai manufaktur pupuk dan pestisida yang mengkonsumsi bahan bakar fosil setara 0.6 eksajoule pada tahun 2002.
Gas alam dan batu bara yang dikonsumsi melalui produksi pupuk nitrogen besarnya setara dengan setengah kebutuhan energi di pertanian. China mengkonsumsi batu bara untuk produksi pupuk nitrogennya, sedangkan sebagian besar negara di Eropa menggunakan gas alam dan hanya sebagian kecil batu bara. Berdasarkan laporan pada tahun 2010 yang dipublikasikan oleh The Royal Society, ketergantungan pertanian terhadap bahan bakar
fosil terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Bahan bakar yang digunakan di pertanian dapat bervariasi tergantung pada beberapa faktor seperti jenis tanaman, sistem produksi, dan lokasi.
Energi yang digunakan untuk produksi alat dan mesin pertanian juga merupakan salah satu bentuk penggunaan energi di pertanian secara tidak pangsung. Sistem pangan mencakup tidak hanya pada produksi pertanian, namun juga pemrosesan setelah hasil pertanian keluar dari lahan usaha tani, pengepakan, transportasi, pemasaran, konsumsi, dan pembuangan dan pengolahan sampah makanan. Energi
yang digunakan pada sistem pangan ini lebih tinggi dibandingkan penggunaan energi pada produksi hasil pertanian, dapat mencapai lima kali lipat.
Pada tahun 2007, insentif yang lebih tinggi bagi petani penanam tanaman non-pangan penghasil biofuel ditambah dengan faktor lain seperti pemanfaatan kembali lahan tidur yang kurang subur, peningkatan biaya transportasi, perubahan iklim, peningkatan jumlah konsumen, dan peningkatan penduduk dunia, menyebabkan kerentanan pangan dan peningkatan harga pangan di berbagai tempat di dunia. Pada Desember 2007, 37 negara di
dunia menghadapi krisis pangan, dan 20 negara telah menghadapi peningkatan harga pangan di luar kendali, yang dikenal dengan kasus krisis harga pangan dunia 2007-2008. Kerusuhan akibat menuntut turunnya harga pangan terjadi di berbagai tempat hingga menyebabkan korban jiwa.
Pada kelangkaan bahan bakar fosil, pertanian organik akan lebih diprioritaskan dibandingkan dengan pertanian konvensional yang menggunakan begitu banyak input berbasis minyak bumi seperti pupuk dan pestisida. Berbagai studi mengenai pertanian organik modern menunjukan bahwa hasil pertanian organik sama besarnya dengan pertanian konvensional. Kuba pasca runtuhnya Uni Soviet mengalami kelangkaan input pupuk dan pestisida kimia sehingga
usaha pertanian di negeri tersebut menggunakan praktik organik dan mampu memberi makan populasi penduduknya. Namun pertanian organik akan membutuhkan lebih banyak tenaga kerja dan jam kerja. Perpindahan dari praktik monokultur ke pertanian organik juga membutuhkan waktu, terutama pengkondisian tanah untuk membersihkan bahan kimia berbahaya yang tidak sesuai dengan standar bahan pangan organik.
Komunitas pedesaan bisa memanfaatkan biochar dan synfuel yang menggunakan limbah pertanian untuk diolah menjadi pupuk dan energi, sehingga bisa mendapatkan bahan bakar dan bahan pangan sekaligus, dibandingkan dengan persaingan bahan pangan vs bahan bakar yang masih terjadi hingga saat ini. Synfuel dapat digunakan di tempat; prosesnya akan lebih efisien dan mampu menghasilkan bahan bakar yang cukup untuk seluruh aktivitas pertanian organik.