با توجه به رشد روزافزون جمعیت و از طرفی کاهش کمیت و کیفیت منابع طبیعی، برای بهبود روش های برنامه ریزی، مدیریت منابع زمینی و افزایش بهره وری کشاورزی نیاز به رویکردی تلفیقی می باشد. به نظر می رسد استراتژی افزایش تولید گیاهان در ایران عمدتا بر اساس افزایش عملکرد باشد. به این منظور در این تحقیق پهنه بندی اگرواکولوژیکی و برآورد عملکرد پتانسیل و خلاء عملکرد سه گیاه گندم، چغندرقند و ذرت با استفاده از تلفیق سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل های شبیه سازی رشد در استان خراسان شمالی، رضوی و جنوبی مورد بررسی قرار گرفت. پس از جمع آوری اطلاعات، لایه های اطلاعاتی مورد نیاز از جمله لایه های اطلاعاتی عوامل اقلیمی، توپوگرافی و خاک با استفاده از قابلیت های سیستم اطلاعات جغرافیایی تهیه شد. لایه درجه حرارت با استفاده از معادلات رگرسیونی و روش درون یابی نزدیکترین همسایگی و لایه بارندگی پس از بررسی روش های مختلف درون یابی با استفاده از روش کریجینگ تهیه شد. لایه های شیب و ارتفاع از مدل رقومی ارتفاع (dem) منطقه استخراج شد. لایه بافت خاک نیز با استفاده از روش چندضلعی های تیسن برای استان خراسان تهیه شد. سپس پهنه های مناسب کشت گیاهان مورد مطالعه از طریق تطبیق نیازهای گیاهان با خصوصیات مناطق مورد مطالعه با استفاده از قوانین تجزیه و تحلیل سلسله مراتبی و همپوشانی لایه های مورد بررسی تعیین شد. به ترتیب در حدود 27/20، 4 و 2 درصد از اراضی استان برای گندم، چغندرقند و ذرت در پهنه بسیار مناسب قرار گرفتند. در حالیکه بخش عمده مناطق در مورد هر سه گیاه در پهنه متوسط تا ضعیف قرار گرفتند. ارزیابی مدل های شبیه سازی رشد wofost (برای گندم و چغندرقند) و dssat (برای ذرت) نشان داد که مدل ها قادر به شبیه سازی عملکرد سه گیاه مورد مطالعه می باشند. نتایج شبیه سازی نشان داد که میانگین عملکرد پتانسیل گندم، چغندرقند و ذرت به ترتیب در محدوده 29/4 تا 12/8 ، 2/56 تا 1/124 و81/8 تا 25/17 تن در هکتار در سطح استان خراسان متغیر بود. رابطه معنی داری بین عملکرد پتانسیل هر سه گیاه مورد مطالعه و درجه حرارت در سطح استان مشاهده شد. بطوریکه با افزایش میانگین درجه حرارت در طول فصل رشد گیاهان عملکرد پتانسیل کاهش یافت. توزیع مکانی عملکرد پتانسیل و عملکرد واقعی سه گیاه مورد مطالعه مشابه بود و گرادیان کاهشی از شمال به جنوب استان وجود داشت، که این روند تا حدودی مطابق با نقشه های پهنه بندی اگرواکولوژیک این گیاهان بود. میانگین خلاء عملکرد کل برای گندم، چغندرقند و ذرت به ترتیب در محدوده 23/2 تا 91/4 ، 31 تا 95 و 7/4 تا 8/12 تن در هکتار بدست آمد. در مورد هر سه گیاه مورد مطالعه، مناطق با عملکرد پتانسیل بالاتر میزان خلاء عملکرد بالاتری نشان دادند.