自从人类从类人猿中分离开来，进化动力促使人类向更文明的目标发展。生存是第一要务，解决吃饭问题在奴隶社会及整个封建社会都没有很好地解决，就更不用说原始社会了。直到工业革命出现以后，部分发达国家才借助现代科学技术，将粮食生产者从繁重的体力劳动中解放出来，大量食物商品进入市场，出现了国与国之间的食物贸易。引发这场农业革命的就是第一次绿色革命。下面简要回顾这段历史及其带来的农业结构变化和生态环境变化问题。
农业绿色革命是指农业中通过培育高产品种，使用灌溉、机械、大量化肥、农药，以及与之相关的知识共享，通过应用科技手段促进粮食增产。20 世纪 50年代以来，人类开展了以水稻等作物由高秆变矮秆，并辅助农药、化肥、农业机械等的第一次绿色革命。这场革命解决了 19 个发展中国家粮食自给自足的问题。
但是，其间全球人口同步激增，环境污染加剧（Pingali，2012）。20 世纪 60 年代末期，印度率先开始了依靠先进技术，提高粮食产量的第一次绿色革命试验，使粮食总产量得到了大幅度提高。随后，从西部的巴基斯坦到东部的朝鲜等大陆国家，以及延伸于斯里兰卡和日本之间数千英里（1 英里＝1.609 344 公里）的一系列岛屿国家纷纷仿效印度，使用化肥、农药等提高粮食产量。因此，可以说，人类历史上的第一次绿色革命，最早发生在 20世纪 60 年代中后期的印度等东南亚国家。
发达国家如美国、欧洲各国、澳大利亚等紧跟着也开展利用“矮化基因”，培育和推广以矮秆、耐肥、抗倒伏的高产水稻、小麦、玉米等新品种为主要内容的农业技术革新。小麦、水稻等品种，地上部可收获的部分越多意味着越高产，矮化以后秸秆中的光合产物转化到籽粒中收获。另外，矮化以后，作物耐倒伏，也方便机械化操作。“绿色革命”从亚洲发起，在发达国家进行了验证，并取得了较大的进展。如今，世界粮食市场的很大份额来自美国和加拿大等发达国家，尤以美国为主。
这场来自农业领域的改革对人类历史产生的影响十分深远，不亚于 18 世纪蒸汽机在欧洲所引起的产业革命。英国人发起的工业革命被称为第一次工业革命，而印度率先尝试的农业革命被称为第一次绿色革命。但是，以农药、化肥、品种改良为主进行的“第一次绿色革命”，从具体做法来看，尤其是化肥、农药、除草剂的大量使用，显然与绿色环保不搭界。
几乎与第一次绿色革命同时，我国老一辈科学家袁隆平等正研发三系杂交水稻。三系杂交水稻是水稻育种和推广的一个巨大成就，三系的内容如下。①雄性不育系：雌蕊发育正常，而雄蕊发育退化或败育，不能自花授粉结实。②保持系：雌雄蕊发育正常，将其花粉授予雄性不育系的雌蕊，不但可结成种子，而且播种后仍可获得雄性不育植株。③恢复系：其花粉授予不育系的雌蕊，所产生的种子播种后，长成的植株又恢复了可育性。三系杂交水稻的研发至今对全球粮食增产贡献很大。我国引入化肥、农药是在 20 世纪 70 年代末 80 年代初，比国外晚了约10 年。1974 年前后，山东农村开始建氨水池；1980 年前后，我国从日本引进了 尿素。第一次绿色革命成果的使用，对中国农业的生态环境造成巨大的影响。现今没有任何一个国家使用的农药和化肥能够像中国一样，对局部乃至全球生态环境产生如此大的影响。第一次工业革命，再加上第一次绿色革命，最终引起了全球变暖、雾霾、农田污染、食物污染等严重的生态环境与社会问题。
“第一次绿色革命”并非绿色
当今世界很多环境、社会、经济乃至军事冲突问题与农业密不可分。全球变暖、环境恶化、生物多样性减少、人类健康质量下降及人类繁殖力降低，与传统农业模式变为化学农业模式有很大的关系（Reganold and Wachter，2016），如现代农田就是温室气体的一个重要来源。2001～2010 年，全球林地、农业用地等土地利用格局变化产生的温室气体占全球温室气体排放的 21%，其中单纯农田排放量占 11%（FAO，2014），而适宜耕种的土地仅占地球陆地覆盖面积的不足 10% （UNEP，2014）。农田温室气体排放比例如此之高，主要是由现代农业依赖于石化能源输入，使用化肥、农药和地膜等化学物质，释放了大量温室气体（FAO， 2011），造成大气中的二氧化碳浓度升高。目前大气中的二氧化碳浓度已达到 410 毫克/千克，为近 80 万年来最高浓度（Rice，2018）。
现代农业造成的环境问题非常严重。例如，过量施用化肥，尤其是氮肥，导致土壤酸化严重，1981～2007 年，我国化肥使用量从 1 334.9 万吨增加到 5107.8万吨，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）。 过量使用化肥，还会导致土壤板结、耕地质量下降、生产力降低、土壤侵蚀、土壤有机质流失等（Pimentel et al.，1995）。
现代农业模式下，全球每年约 460 万吨化学农药喷洒到环境中，其中 99%释放到土壤、水体和大气中（Pimentel et al.，1995；Zhang et al.，2011）。研究者甚至在格陵兰岛冰盖和南极企鹅体内检测到农药残留（Geisz et al.，2008），在我国西藏南迦巴瓦峰顶海拔 4 250 米的雪中也检测到有机氯农药（Shan et al.，1997）。 研究发现，美国 2004 年治理由于使用农药而造成的环境和健康问题需要花费 120亿美元（Pimentel，2005）。
现代农业塑料薄膜的使用造成的问题也越来越严重，其广泛使用产生了大量覆盖物残留，污染了农田环境，造成“白色污染”和作物减产（Liu et al.，2014）。 从现有统计资料中提取 2015 年我国各省农膜使用量（图 1-1A）、地膜使用量（图 1-1B）和 1993～2015 年地膜累计使用量（图 1-1C），发现 2015 年我国农膜使用总量为 260.3 万吨，地膜使用总量为 145.5 万吨，其中新疆地膜使用量在 2015 年达到 23.1 万吨，位居全国第一。1993～2015 年地膜累计使用量中，新疆和山东最高，新疆累计使用量达到 269.8 万吨，山东累计使用量达到 259.4 万吨。山东寿光市有“中国蔬菜之都”称号，借助设施农业生产大量反季节蔬菜，产品销往全国，通过遥感手段对寿光土地利用分类发现，2015 年寿光各类温室大棚面积已经达到 7.75 万公顷（Yu et al.，2017），占到寿光总面积的 34%。
邻苯二甲酸酯类化合物是塑料中不可缺少的增塑剂，是一类严重的环境激素类污染物，容易释放到环境中，其中 6 种邻苯二甲酸酯类化合物被列入美国国家环境保护局（U.S.Environmental Protection Agency，USEPA）“优先污染物黑名单”，并给出了相应的控制标准（表 1-1）（赵胜利等，2009）。在 2015 年，中国环境保护部办公厅发部了关于征求《农用地土壤环境质量标准（征求意见稿）》等两项国家环境保护标准意见的函，在《农用地土壤环境质量标准《征求意见稿》》中给出了 6 种邻苯二甲酸酯类化合物总量限值为 10 毫克/千克，而新疆棉田土壤的邻苯二甲酸酯类化合物残留检出浓度在 2011 年以前就达到 124～1 232 毫克/千克，在全国最高（郭冬梅和吴瑛，2011）。虽然后来在《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中去掉了邻苯二四酸酯类总量这一限值，但也能说明国家已经开始重视邻苯二甲酸酯类化合物在土壤中的含量。
人类寿命降低与传统农耕方式改变密不可分。根据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）和联合国环境规划署（United Nations Environment Programme，UNEP）的报告，全世界每年有 2 600 万人农药中毒，其中 22 万人死亡，美国每年有 67 000 人农药中毒（Richter，2002）。农药的使用加剧了多种癌症的发生概率，如肺癌、直肠癌、骨髓瘤、乳腺癌及白血病等（Weichenthal et al.， 2010），使用农药导致的癌症病人占全部癌症病人的 10%（Gu and Tian，2005），其中乳腺癌的发生与农药使用频率呈线性关系（陈佳鹏 等，2004）。很多研究表明，农药残留增加了患帕金森综合征的概率（Betarbet et al.，2000；van der mark et al.，2012）。农药还会严重影响儿童智力发育，孕期接触最大剂量和最小剂量农药的产妇，孩子出生后在 7 岁时智商相差 7 分（Bouchard et al.，2011），而在孕期接触多氯联苯的浓度每增加 1 纳克/克，孩子出生后智商就会降低 3 分（Stewart et al.，2008）。近年来，随着人们生活压力的不断增大，日益严重的环境污染及饮食安全等问题，导致不孕不育症的发病率逐年上升（杨靖，2019）。全球约 15% 的育龄夫妇存在不孕不育的问题，发展中国家的某些地区可高达 30%（Bonnici et al.，2017；莫金桦 等，2018），我国居民不孕不育发病率为 8%～17%（杨靖，2019）。
为追求高经济效益，现代农业实行农畜分开，集约化的养殖业给食品安全和人类健康带来威胁。具有代表性的是利用牲畜和动物内脏制成的肉骨粉作为饲料喂牛，使动物内脏中的致病菌进入饲料并最终进入人体，从而导致疯牛病发生（Prusiner，1997）。
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