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研究发现，与石油相比，不同的生物燃料在温室气体减排上的作用千差万别。视生产原料和加工方法不同，一些生物燃料排放的温室气体甚至超过化石燃料。提高生物燃料产量引发的直接或间接的土地用途转变，也会产生温室气体，如将森林草场转为作物种植便释放了土壤中贮藏的碳。
能源作物生产过程中为了达到一定的经济产量而转变土地利用方式并进行集约化生产，农业生产技术也相应影响着土壤、水和农田生物多样性的变化，可能造成诸如水土流失、土壤碳库破坏等所附带的环境成本。我国生物燃料发展较晚，相关研究相对薄弱，加强生物燃料产业发展研究，阐明生物燃料发展对环境的影响，无疑有利于促进我国生物燃料产业的健康发展。
很多能源作物（如甘蔗、棕榈油和玉米）需要消耗较多的水才能达到商业化产量，因此除非有灌溉，否则这些作物适合生长在降雨丰富的热带地区（在巴西，雨育生物燃料作物的生产很普遍，76%的甘蔗依靠降水灌溉；美国70%的玉米产量靠降雨灌溉）。即使麻风树和水黄皮这些多年生、可在半干旱地区退化土地上生长的作物，在炎热干燥的夏季也需要一些灌溉。
近年来，随着生物燃料的快速发展，市场对能源作物需求远远超过了对农产品的需求，能源作物的大规模种植造成土地利用方式的转变，农田、甚至林地、草场大规模用来种植能源作物，而这种土地利用方式的转变造成的潜在影响。
为了抑制土地用途的快速转变，对能源作物种植的土地潜力研究正在积极开展，有学者研究了麻风树、甘薯等能源作物种植的土地潜力。在过去50a中，农作物产量的大部分增量（约80%）来自单产提高，其余来自扩大种植面积和提高复种指数。
世界范围内除去森林、保护区及用于满足不断增长的粮食和畜牧业需求所需土地之外，可以用于扩大种植面积的土地估计约在2.5×108～8×108hm2之间，其中大部分位于拉丁美洲热带地区或非洲。从近期看，可以通过扩大原料作物种植面积来满足对生物燃料的需求；而就中长期而言，开发优良作物品种、转变农作方式和发明新技术（例如纤维素转化）则可能发挥决定性作用。
单产大幅提高及技术进步是实现生物燃料作物可持续生产的关键，从而能够大限度地抑制农田、林地、草场等向非农田土地的快速转变。
生物燃料发展对生物多样性的影响同样不容忽视。生物燃料生产可以对和农业生物多样性产生一些积极影响，如通过恢复退化的土地等；但是也可以产生很多不利影响，例如，生物燃料生产造成自然景观被转换为能源作物种植田或泥炭地被排干。
