自從人類從類人猿中分離開來，進化動力促使人類向更文明的目標發展。生存是第一要務，解決吃飯問題在奴隸社會及整個封建社會都沒有很好地解決，就更不用說原始社會了。直到工業革命出現以后，部分發達國家才借助現代科學技術，將糧食生產者從繁重的體力勞動中解放出來，大量食物商品進入市場，出現了國與國之間的食物貿易。引發這場農業革命的就是第一次綠色革命。下面簡要回顧這段歷史及其帶來的農業結構變化和生態環境變化問題。
農業綠色革命是指農業中通過培育高產品種，使用灌溉、機械、大量化肥、農藥，以及與之相關的知識共享，通過應用科技手段促進糧食增產。20 世紀 50年代以來，人類開展了以水稻等作物由高稈變矮稈，并輔助農藥、化肥、農業機械等的第一次綠色革命。這場革命解決了 19 個發展中國家糧食自給自足的問題。
但是，其間全球人口同步激增，環境污染加劇（Pingali，2012）。20 世紀 60 年代末期，印度率先開始了依靠先進技術，提高糧食產量的第一次綠色革命試驗，使糧食總產量得到了大幅度提高。隨后，從西部的巴基斯坦到東部的朝鮮等大陸國家，以及延伸于斯里蘭卡和日本之間數千英里（1 英里＝1.609 344 公里）的一系列島嶼國家紛紛仿效印度，使用化肥、農藥等提高糧食產量。因此，可以說，人類歷史上的第一次綠色革命，最早發生在 20世紀 60 年代中后期的印度等東南亞國家。
發達國家如美國、歐洲各國、澳大利亞等緊跟著也開展利用“矮化基因”，培育和推廣以矮稈、耐肥、抗倒伏的高產水稻、小麥、玉米等新品種為主要內容的農業技術革新。小麥、水稻等品種，地上部可收獲的部分越多意味著越高產，矮化以后秸稈中的光合產物轉化到籽粒中收獲。另外，矮化以后，作物耐倒伏，也方便機械化操作。“綠色革命”從亞洲發起，在發達國家進行了驗證，并取得了較大的進展。如今，世界糧食市場的很大份額來自美國和加拿大等發達國家，尤以美國為主。
這場來自農業領域的改革對人類歷史產生的影響十分深遠，不亞于 18 世紀蒸汽機在歐洲所引起的產業革命。英國人發起的工業革命被稱為第一次工業革命，而印度率先嘗試的農業革命被稱為第一次綠色革命。但是，以農藥、化肥、品種改良為主進行的“第一次綠色革命”，從具體做法來看，尤其是化肥、農藥、除草劑的大量使用，顯然與綠色環保不搭界。
幾乎與第一次綠色革命同時，我國老一輩科學家袁隆平等正研發三系雜交水稻。三系雜交水稻是水稻育種和推廣的一個巨大成就，三系的內容如下。①雄性不育系：雌蕊發育正常，而雄蕊發育退化或敗育，不能自花授粉結實。②保持系：雌雄蕊發育正常，將其花粉授予雄性不育系的雌蕊，不但可結成種子，而且播種后仍可獲得雄性不育植株。③恢復系：其花粉授予不育系的雌蕊，所產生的種子播種后，長成的植株又恢復了可育性。三系雜交水稻的研發至今對全球糧食增產貢獻很大。我國引入化肥、農藥是在 20 世紀 70 年代末 80 年代初，比國外晚了約10 年。1974 年前后，山東農村開始建氨水池；1980 年前后，我國從日本引進了 尿素。第一次綠色革命成果的使用，對中國農業的生態環境造成巨大的影響。現今沒有任何一個國家使用的農藥和化肥能夠像中國一樣，對局部乃至全球生態環境產生如此大的影響。第一次工業革命，再加上第一次綠色革命，最終引起了全球變暖、霧霾、農田污染、食物污染等嚴重的生態環境與社會問題。
“第一次綠色革命”并非綠色
當今世界很多環境、社會、經濟乃至軍事沖突問題與農業密不可分。全球變暖、環境惡化、生物多樣性減少、人類健康質量下降及人類繁殖力降低，與傳統農業模式變為化學農業模式有很大的關系（Reganold and Wachter，2016），如現代農田就是溫室氣體的一個重要來源。2001～2010 年，全球林地、農業用地等土地利用格局變化產生的溫室氣體占全球溫室氣體排放的 21%，其中單純農田排放量占 11%（FAO，2014），而適宜耕種的土地僅占地球陸地覆蓋面積的不足 10% （UNEP，2014）。農田溫室氣體排放比例如此之高，主要是由現代農業依賴于石化能源輸入，使用化肥、農藥和地膜等化學物質，釋放了大量溫室氣體（FAO， 2011），造成大氣中的二氧化碳濃度升高。目前大氣中的二氧化碳濃度已達到 410 毫克/千克，為近 80 萬年來最高濃度（Rice，2018）。
現代農業造成的環境問題非常嚴重。例如，過量施用化肥，尤其是氮肥，導致土壤酸化嚴重，1981～2007 年，我國化肥使用量從 1 334.9 萬噸增加到 5107.8萬噸，其中氮肥施用量增加了 191%，土壤 pH 下降了 0.13～0.8（Guo et al.，2010）。 過量使用化肥，還會導致土壤板結、耕地質量下降、生產力降低、土壤侵蝕、土壤有機質流失等（Pimentel et al.，1995）。
現代農業模式下，全球每年約 460 萬噸化學農藥噴灑到環境中，其中 99%釋放到土壤、水體和大氣中（Pimentel et al.，1995；Zhang et al.，2011）。研究者甚至在格陵蘭島冰蓋和南極企鵝體內檢測到農藥殘留（Geisz et al.，2008），在我國西藏南迦巴瓦峰頂海拔 4 250 米的雪中也檢測到有機氯農藥（Shan et al.，1997）。 研究發現，美國 2004 年治理由于使用農藥而造成的環境和健康問題需要花費 120億美元（Pimentel，2005）。
現代農業塑料薄膜的使用造成的問題也越來越嚴重，其廣泛使用產生了大量覆蓋物殘留，污染了農田環境，造成“白色污染”和作物減產（Liu et al.，2014）。 從現有統計資料中提取 2015 年我國各省農膜使用量（圖 1-1A）、地膜使用量（圖 1-1B）和 1993～2015 年地膜累計使用量（圖 1-1C），發現 2015 年我國農膜使用總量為 260.3 萬噸，地膜使用總量為 145.5 萬噸，其中新疆地膜使用量在 2015 年達到 23.1 萬噸，位居全國第一。1993～2015 年地膜累計使用量中，新疆和山東最高，新疆累計使用量達到 269.8 萬噸，山東累計使用量達到 259.4 萬噸。山東壽光市有“中國蔬菜之都”稱號，借助設施農業生產大量反季節蔬菜，產品銷往全國，通過遙感手段對壽光土地利用分類發現，2015 年壽光各類溫室大棚面積已經達到 7.75 萬公頃（Yu et al.，2017），占到壽光總面積的 34%。
鄰苯二甲酸酯類化合物是塑料中不可缺少的增塑劑，是一類嚴重的環境激素類污染物，容易釋放到環境中，其中 6 種鄰苯二甲酸酯類化合物被列入美國國家環境保護局（U.S.Environmental Protection Agency，USEPA）“優先污染物黑名單”，并給出了相應的控制標準（表 1-1）（趙勝利等，2009）。在 2015 年，中國環境保護部辦公廳發部了關于征求《農用地土壤環境質量標準（征求意見稿）》等兩項國家環境保護標準意見的函，在《農用地土壤環境質量標準《征求意見稿》》中給出了 6 種鄰苯二甲酸酯類化合物總量限值為 10 毫克/千克，而新疆棉田土壤的鄰苯二甲酸酯類化合物殘留檢出濃度在 2011 年以前就達到 124～1 232 毫克/千克，在全國最高（郭冬梅和吳瑛，2011）。雖然后來在《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中去掉了鄰苯二四酸酯類總量這一限值，但也能說明國家已經開始重視鄰苯二甲酸酯類化合物在土壤中的含量。
人類壽命降低與傳統農耕方式改變密不可分。根據世界衛生組織（World Health Organization，WHO）和聯合國環境規劃署（United Nations Environment Programme，UNEP）的報告，全世界每年有 2 600 萬人農藥中毒，其中 22 萬人死亡，美國每年有 67 000 人農藥中毒（Richter，2002）。農藥的使用加劇了多種癌癥的發生概率，如肺癌、直腸癌、骨髓瘤、乳腺癌及白血病等（Weichenthal et al.， 2010），使用農藥導致的癌癥病人占全部癌癥病人的 10%（Gu and Tian，2005），其中乳腺癌的發生與農藥使用頻率呈線性關系（陳佳鵬 等，2004）。很多研究表明，農藥殘留增加了患帕金森綜合征的概率（Betarbet et al.，2000；van der mark et al.，2012）。農藥還會嚴重影響兒童智力發育，孕期接觸最大劑量和最小劑量農藥的產婦，孩子出生后在 7 歲時智商相差 7 分（Bouchard et al.，2011），而在孕期接觸多氯聯苯的濃度每增加 1 納克/克，孩子出生后智商就會降低 3 分（Stewart et al.，2008）。近年來，隨著人們生活壓力的不斷增大，日益嚴重的環境污染及飲食安全等問題，導致不孕不育癥的發病率逐年上升（楊靖，2019）。全球約 15% 的育齡夫婦存在不孕不育的問題，發展中國家的某些地區可高達 30%（Bonnici et al.，2017；莫金樺 等，2018），我國居民不孕不育發病率為 8%～17%（楊靖，2019）。
為追求高經濟效益，現代農業實行農畜分開，集約化的養殖業給食品安全和人類健康帶來威脅。具有代表性的是利用牲畜和動物內臟制成的肉骨粉作為飼料喂牛，使動物內臟中的致病菌進入飼料并最終進入人體，從而導致瘋牛病發生（Prusiner，1997）。
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