当今世界很多环境、社会、经济乃至军事冲突的问题与农业活动密不可分。全球变暖、环境恶化、生物多样性减少、人类健康质量下降, 以及人类繁殖力降低，与传统农业模式改变为化学农业有很大的关系。而后者，恰恰是人们津津乐道的第一次绿色革命。
一、第一次“绿色”革命并非绿色
上世纪50年代以来，人类开展了以水稻、小麦等作物，由高秆变矮秆，并辅助农药、化肥、农业机械等大量使用的第一次绿色革命。这场革命解决了19个发展中国家粮食自给问题。其成果一直影响到今天，直到转基因技术出现。代表第一次绿色革命顶级技术的转基因农业，该技术整合了除草剂、杀虫剂、机械、育种、农业信息、气候、水利等多种优势，让农业变得更简单，在大面积耕地上(美国单个农户耕作土地面积最高纪录高达1万英亩)，投入少量的人工可获得最大的经济回报。
但是，第一次绿色革命期间，全球人口同步激增，环境污染加剧，人类社会矛盾重重，可持续发展岌岌可危。现代农业是温室气体的一个重要来源：2001—2010年间，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%，其中单纯农业排放量就占11%，而适宜耕种的土地仅占地球陆地覆盖面积的10%。农业温室气体排放比例之所以如此之高，主要与现代农业依赖于石化能源，如生产和运输化肥、农药和地膜等有关。同时，生产与使用这些化学物质，排放了大量温室气体。
现代农业造成的环境问题非常严重。根据FAO报告统计，2014年全球化肥使用量为1.869亿吨;预计到2018年，全球化肥需求量将每年增加1.8%。过量施用化肥，尤其是N肥，导致土壤酸化严重。在中国，从1981年到2015年，氮肥施用量增加了4260万吨，土壤酸度下降了0.3-0.8。目前，中国化肥使用量已高达5900万吨。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。
第一次绿色革命背景下，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，严重污染了人类赖以为生的生态环境。科学家甚至在格陵兰岛冰盖和南极企鹅体内检测到高农残量，中国西藏南迦巴瓦山顶海拔4250米的雪中也检测到了有机氯农药。在美国，每年治理由于农药使用而造成的环境和健康问题需要花费120亿美元。
当前，塑料膜的使用问题越来越严重。2011年，中国的塑料薄膜覆盖面积达到了2千万公顷，总重量从1991年的32万吨到125万吨，覆盖18亩耕地的近4亿亩。大量农膜的使用造成了严重的问题：一是食物尤其蔬菜中塑化剂(也称增塑剂)超标，有些蔬菜塑化剂浓度高达1-2ppm。塑化剂为环境激素，会造成人类生殖系统紊乱;二是低温焚烧(<850°C)产生二噁英等致癌物;三是在土壤中难以降解，造成耕地板结、作物减产。
为追求经济效益，现代农业农畜分开，元素不能有效循环。所造成的环境问题是，一方面集约化养殖的动物排泄物造成环境污染，另一方面耕地缺乏的营养元素要靠工业生产化肥来满足，而化肥生产与使用又造成多次污染。集约化养殖业给食品安全和人类健康带来威胁，最具代表性的是利用牲畜和动物骨骼与内脏等制成肉骨粉来喂牛，导致疯牛病的发生。
现代农业过于重视作物的产量和口感，忽略营养性能，导致很多作物营养品质下降。1950年至2015年，65年间，43种不同的水果和蔬菜的蛋白质、Ca、P、Fe、维生素B和维生素C含量有明显下降趋势。很多研究表明，小麦Fe、Zn、Se含量也明显下降。作物营养品质的下降，带来了隐性饥饿问题。当前，由于微量元素缺乏，如最常见的Fe、I和维生素A缺乏导致的隐性饥饿问题，威胁着世界上20多亿人口，并引发大量慢性疾病和其他健康失调。
第一次绿色革命对生物多样性尤其栽培物种的多样性造成了重大威胁。农业活动的集约化，导致生境破碎、土地利用改变、农药和化肥使用量增加、机械化强度增加等，从而造成生物多样性损失。例如，蜜蜂作为全球生物多样性的一个关键组分，能为农作物提供重要的生态系统功能，但受生境破碎和农药等因素影响，其数量近年来严重下降，美国在1947—2005年间失去了59%的蜜蜂群落。除非农业活动能够可持续性发展，否则农业系统和现存的自然生态系统将受到进一步破坏，世界上更多物种将面临灭绝的危险。
二、教训与经验
第一次绿色革命不可持续的一个教训来自朝鲜人民民主共和国。朝鲜国土面积仅12万平方公里，在中苏两大国支持下，迅速提升了农业现代化装备水平，仅用了17年的时间就实现了农业机械化。1960年代，基本完成水稻灌溉;1970年代中期，完成了灌溉和农村通电项目;1975年，野外作业如翻耕、插秧、磨粉全面实现机械化;增加化肥生产，到1980年，化肥的施用量以及增加到1000kg·ha-1。据世界银行报道，在1985—1988年间，朝鲜人均收入是2000美元。一般认为，1979年的朝鲜已成为一个准现代化国家。
然而，由于1989年苏联解体，石油停供，农机配件短缺，朝鲜农业机械全面瘫痪。朝鲜政府动员城里人，重回农村当农民，使用锄头、铁锨和镰刀种地。这种城市化的“逆转”异动，显然有悖于人的天性，因而遭遇诸多阻力。报告指出，曾经有一段时间，朝鲜80%的农业机械和设备由于缺少燃料和配件而无法使用，由于找不到运输卡车，已收割的粮食只能长期堆放在地里。当时，朝鲜人遭遇了饥饿的痛苦。
当年遭受“苏联解体、苏东巨变”影响的不仅有朝鲜，还有古巴。但与朝鲜相反，古巴及时调整政策，终于化险为夷，顺利实现了由现代化石油农业向绿色生态农业的转型，通过发展有机农业摆脱了粮食危机。自1991年以来，古巴已建立了280 个在不同地区及省市层面设立的虫害生物防治中心，用半工业或手工生产生物控制和预防虫害的材料，被认为是一个名副其实的基层控制害虫的革命。
古巴生态农业的发展，得到了农民、多个机构、大学和研究中心的支持，已成功找到替代短缺的燃料、肥料和农药的方法：以畜力牵引替代拖拉机和燃料使用;通过轮作、多种作物间作等丰富作物种植的多样化;使用绿肥、堆肥、蚯蚓养殖、豆科作物种植、生物肥料(如菌根、根瘤菌)和生物质等快速地增加土壤肥力;用种子保护和生物防控替代化学农药。到1999年，古巴的农业生产已经恢复，并在某种程度上达到了历史性水平。
与朝鲜墨守现状不同，古巴人果断放弃“石油农业”，广泛动员民众，迅速恢复传统生态农业。过去20年间，在有机肥获取、土壤保持、作物与禽畜管理等方面，古巴取得一系列重要进展，实现了生态农业的顺利转型，解决粮食短缺问题。以上两个截然相反的例子充分说明，严重依赖石油化工的第一次绿色革命是不可持续的，而建立在元素循环原理基础上的生态农业，才具有抵抗各种风险的强大能力。
三、呼唤真正的绿色革命
未来几十年间，世界人口将从60亿增至90亿，这样，第一次绿色革命的成果就难以为继。如何满足庞大人口对食物需求? 如何解决农业化肥污染和温室气体排放问题?一句话，粮食问题和生态环境问题对人类提出双重挑战。政府和各种农业组织应积极探索更生态的耕作方式，发起以生态学为主导的第二次绿色革命。
生态学的解决方案，不是将眼光直接盯在提高粮食产量上，而是将人们废弃的50%以上的作物地上部光合产物(以秸秆为主)，高效循环利用起来，通过植物生产(截获太阳能)、动物生产(收获肉奶等食品)、微生物生产(生产饲料和肥料)等，使单位土地面积升值，既增加了食物，又增加了肥料。有机肥增加后，将大量的中低产田改造，反过来可提高粮食产量，即实现循环农业。在英国，持续了150年以上的洛桑试验发现，施用有机肥的小麦产量平均比单纯使用化肥的要高。
以生态学为主导的真正绿色革命对我国农业有重大的指导意义。尽管官方宣布我国粮食已经实现了“十二连增”，2015年就生产了6.21亿吨粮，但仅大豆进口量已达8千多万吨。1995年，布朗预测2030年前后中国国内生产的粮食仅能满足中国粮食总需求的41%，剩下的将从国际市场上进口，这一状况不幸被言中，且提前验证了布朗之问。
如果人口就地城镇化，发展高效生态农业产业，让30%的农业人口(约3.9亿)生产足够自己消费的优质食物，并可为剩余人口的10%提供优质食物。优质优价，将在家从事农业的人群收入，提高到比进城打工还要高。培养专职农民，专门为人类生产安全的食物，其中主粮约2亿吨粮，同时生产约1亿吨的蔬菜。留守的农村居民，优先享受有机食品供应，加上城市的高消费人口，全国人消费有机食品比例达60%，超过目前发达国家5%～20%左右的比例。经过合理规划，我国利用其中约4亿亩，在该主粮和主要果蔬有机生产系统中，利用现代生态农业技术，每年可满足2亿吨粮食、3.25亿吨蔬菜和1.04亿吨水果的需求，其余的耕地可生产动物饲料或有机农业肥料，将人与动物消耗的粮食分类生产，实现自给自足，减少进口压力。
四、来自山东的成功案例
上述设想除了理论上的推导，能否具有可行性呢?在山东平邑县弘毅生态农场，来自中国科学院的科学家发展了一种产量与经济效益共赢的高效生态农业模式。
他们首先用有机肥取代化肥。将作物秸秆加工成饲料养殖肉牛，再将腐熟牛粪作为肥料还田。其中秸秆饲料的加工与储备是关键，该农场自主研发了大型遮雨式分室青贮池，每年加工“微储鲜秸草”1500吨。这种循环的生态模式最大限度地利用了每种产品的副产物，不仅减少了环境污染，改善土壤，增加了土壤生物多样性，使有机苹果园0-20厘米的蚯蚓密度是普通果园的5.3倍，并且提高了作物产量，使冬小麦和夏玉米在8年内产量提高了65%，同时实现了生态上和经济上的效益。
其次在害虫控制方面，他们以物理+生物方法取代杀虫剂。通过脉冲式杀虫灯、鸡、野生鸟类、天敌昆虫、人工除草控制越冬害虫，实现了零农药使用前提下产量不减反增，由低产田改变成高产稳产的“吨粮田”(小麦玉米周年产量)。
第三，对于杂草控制，他们停止使用对生态环境和人体健康都有害的除草剂，以人工+机械方法除草。农场聘请经验丰富的农民承包除草工作。在果园杂草控制方面，采取“以草治草”策略，种植一些高覆盖且有固氮、固碳功能的本地草本植物，形成单优种群，占据杂草生态位。这种除草方式，彻底杜绝了食物中的草甘膦残留问题。
第四，停用地膜、人工合成激素、转基因种子，生产优质安全产品，进行线上线下销售，增加经济效益。由于优质优价，深受城市消费者欢迎，平均每公顷效益是普通农田的3~5倍。
上述生态农业模式，解决了第一次绿色革命带来的环境污染和人类健康等问题，实现了可持续发展，同时也带来更高的经济效益。如果按照这种模式，中国仅需要2亿亩耕地即可满足中国人的主粮需求。
当然，这种模式的推广，还需要政府的努力。政府应加强对该种植模式的补贴，扩大规模;在当地建立研究、技术和教育部门，研发更多生态农耕技术和方法;增加基础设施建设，比如农民培训学校、通讯技术等，加强技术的传播;完善生态产品的贸易、补贴机制，增加农民收入;完善知识产权机制，对开发新技术的农民的研究成果进行保护;同时加强对禁用非生态技术的管理等。如果全国大部分范围内成功实施生态农业，或为人类可持续农业指明了方向，堪为第二次真正的绿色革命。
(作者分别为为中国科学院植物研究所研究员、中国科学院植物研究所研究生)
(《民主与科学》是九三学社中央委员会主办，以政论为主的综合性期刊，以高、中级知识分子为主要服务对象。)
本文载《民主与科学》2017, No.167(04) 38-40
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