傳統農業依賴種子改良、化肥增產、農藥防害的"三板斧"模式，在過去50年推動全球糧食產量增長超300%。但根據聯合國糧農組織（FAO）數據，2010年后全球主要作物單產增速已從年均2.1%降至0.6%，三大技術瓶頸正在制約糧食生產。

遺傳多樣性限制：傳統育種依賴自然突變和人工選擇，然而作物遺傳多樣性有限。例如，現代水稻和玉米品種的親緣關系較近，可挖掘的高產基因逐漸減少，導致增產幅度逐漸變小，如雜交水稻的增產幅度已從 20 世紀 70 年代的 20% 降至近年來的 5% 以內。

抗逆性代價：過度追求高產可能導致作物抗病蟲害、耐旱等抗逆性下降。如 2020 年印度小麥銹病大流行，部分高產品種因缺乏抗病基因而絕收。雖然 CRISPR 等基因編輯技術能繞過傳統育種的緩慢過程，但受限于目標性狀的復雜性和基因調控網絡的不確定性，如水稻氮肥高效利用基因尚未完全破解。

土壤養分飽和：長期大量施用化肥導致土壤氮、磷含量超標，肥料利用率降低。例如中國東北黑土區氮肥利用率已不足 30%，全球農田平均氮肥利用率從 1960 年代的 50% 降至目前的 30%-40%，剩余部分隨雨水流失或揮發。

環境負外部性：過量施肥引發水體富營養化，如中國太湖藍藻危機；導致土壤酸化，pH 值下降 0.2-0.5 單位 / 十年；還會造成溫室氣體排放，氮肥生產釋放一氧化二氮，其溫室效應是 CO?的 28 倍。

抗藥性快速進化：害蟲和病原體對農藥的抗性發展速度遠超預期。例如，鱗翅目害蟲對擬除蟲菊酯類農藥的抗性在 10 年內普遍達到 50 倍以上。2021 年南非玉米螟蟲因對 Bt 毒素產生抗性，導致轉基因玉米田損失率達 40%。

生態鏈破壞：廣譜農藥殺傷非靶標生物，如傳粉昆蟲、土壤微生物，削弱生態系統服務功能。例如，新煙堿類農藥被證實導致蜜蜂種群衰退，威脅全球 75% 農作物的授粉。

單一技術疊加的局限性：“高產品種 + 大量化肥 + 農藥” 的組合忽視了農田生態系統的整體性。例如，印度旁遮普邦因過度依賴這套模式，導致土壤有機碳含量下降 30%，陷入 “增產 — 退化” 惡性循環。

極端天氣影響：全球變暖加劇了極端天氣頻發，如干旱、洪澇等，傳統品種和種植模式難以適應。2022 年巴基斯坦小麥因高溫減產 15%，而現有耐旱品種的增產潛力僅能緩解 10%-15% 的損失