در قرن حاضر بهینه سازی پایداری تولید محصولات زراعی یکی از اصلی ترین چالش های فرا روی بشر است. مقدار مصرف انرژی و درآمد خالص به عنوان دو جزء مهم پایداری نظام های کشاورزی از الویت ویژه و اهمیت خاصی برخوردارند به طوری که با بهینه سازی آن ها علاوه بر تامین غذای کافی برای جوامع رو به رشد فعلی می توان از معضلات زیست محیطی که در اثر استفاده بی رویه از نهاده های کشاورزی افزایش یافته است، اجتناب نمود. این مطالعه به منظور بررسی تاثیر طراحی الگوی کشت بر بهینه سازی پایداری تولید گیاهان زراعی مزارع بزرگ دشت مشهد انجام شد. شاخص پایداری مد نظر در این تحقیق نسبت درآمد خالص (سود) به میزان انرژی کل مصرفی در نظر گرفته شد. از آنجایی که تولید محصولات زراعی دشت مشهد در قالب دو نوع الگوی کشت مزارع بزرگ و کوچک مقیاس انجام می شد لذا به منظور تعیین اولویت بهینه سازی الگوی کشت ابتدا اطلاعات الگوهای کشت سال زراعی 90-1389 زارعین دشت مشهد جمع آوری، سپس پایداری آن ها با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که شاخص پایداری الگوهای کشت مزارع کوچک و بزرگ مقیاس دشت مشهد تفاوت آماری معنی داری ندارند. لذا با توجه به نتیجه مذکور و با توجه به امکان پذیر شدن آزمایش مزرعه ای در اراضی یکی از کشاورزان بزرگ مقیاس، بهینه سازی الگوی کشت فقط در سطح زارعین بزرگ مقیاس دشت مشهد انجام شد. بهینه سازی سطح زیرکشت گیاهان زراعی در الگوی کشت با استفاده از نرم افزار qsb در قالب برنامه ریزی کسری و با هدف بیشینه سازی نسبت درآمد خالص به انرژی مصرفی صورت گرفت. مقدار مصرف کودهای شیمیایی نیتروژن و فسفر بر اساس آزمون خاک بهینه سازی شد. آبیاری روزانه گیاهان زراعی به آبیاری در شب تغییر یافت و تعداد دفعات شخم زمین به حداقل ممکن کاهش پیدا کرد. آزمایش مزرعه ای به منظور مقایسه الگوی کشت بهینه سازی شده با الگوی کشت مرسوم طی سال زراعی 91-1390 و طی دو فصل زراعی پاییزه و بهاره در مزرعه قره تپه واقع در حومه شهرستان چناران اجرا گردید. نتایج نشان داد که بهینه سازی الگوی کشت علیرغم افزایش 22 درصدی سطح زیرکشت، مقدار مصرف انرژی کل را 5 درصد نسبت به الگوی کشت مرسوم افزایش داد. همچنین بهینه سازی الگوی کشت منجر به افزایش 27 درصدی درآمد خالص شد به طوری که در نهایت شاخص پایداری الگوی کشت (نسبت درآمد خالص به انرژی کل مصرفی) از 409 به 498 ریال به ازای یک مگاژول انرژی مصرفی افزایش معنی داری پیدا کرد (معادل 22?). بهینه سازی الگوی کشت سایرشاخص های انرژی را نیز تحت تاثیر قرار داد به طوری که تولید انرژی خالص کل را به طور معنی داری از 5387340 مگاژول در الگوی کشت مرسوم به 7462209 مگاژول در الگوی کشت بهینه افزایش داد (معادل 38/5 درصد). بهینه سازی الگوی کشت سبب افزایش معنی دار کارآیی مصرف انرژی کلیه گیاهان زراعی شد و شاخص مذکور را از 2/54 در الگوی کشت مرسوم به 3/04 در الگوی کشت بهینه (معادل 19/7 درصد) افزایش معنی دار داد. بهینه سازی الگوی کشت تاثیر قابل توجهی در افزایش نسبت انرژی تجدیدپذیر به انرژی تجدید ناپذیر مصرفی الگوی کشت نداشت به طوری که نسبت مذکور از 20-80 در الگوی کشت مرسوم به 21-79 در الگوی کشت بهینه تغییر جزئی پیدا کرد. بطور کلی این مطالعه نشان داد که بهینه سازی الگوی کشت می تواند سبب افزایش معنی دار پایداری آن شود. در پایان با توجه به نتایج، پیشنهاداتی ارائه شد.