今天，“绿色农业”这个概念已经为众人熟知。不管大众消费者是否知道背后的技术原理与产品细节，至少这个名词听起来就不错：保护环境，降低污染，确保可持续。
毕竟在工业革命之前，人类将近一万年的农业史不都是无污染的“绿色农业”吗？人类文明不就是这么持续下来的吗？
我们今天要讲的故事，却是要打破人们对这个名词的刻板印象开始。因为从纯粹的科学角度来看，传统意义上的“绿色农业”恰恰是不可持续的。
一切生物最重要的物质基础是蛋白质。蛋白质是一种由一个或多个α-氨基酸残基组成的大型生物分子，它几乎参与到生命活动中的每个重要方面。例如，酶参与催化作用、胰岛素参与新陈代谢的调剂作用、血红蛋白参与代谢物质的运输作用、植物种子中蛋白质的储存作用，以及细胞骨架的形成、免疫、分化、细胞凋亡等。
在组成蛋白质的化学元素中，有一类非常必要的元素，摄入途径稀缺，这种元素就是氮。虽然地球大气中氮气占到78%的比重，但是氮气分子含有三键结构，这是最强的化学键之一，性质十分稳定，很难转化为氮化合物，因而也就很难被生物吸收。生物要想吸收对蛋白质而言至关重要的氮，必须经过“固氮作用”，也就是把空气中的氮转化为含氮化合物。在没有人工干预的条件下，自然界的固氮途径只有两种：
雷电固氮：在雷电的放电作用下，空气中的氮气和氧气发生反应，生成一氧化氮、二氧化氮和硝酸，再与土壤接触生成可以被植物吸收的硝酸盐。这种固氮大约占到自然固氮的10%。
生物固氮：也就是自然界中的一些微生物种群（比如海洋中的固氮细菌、豆科植物的根瘤菌等）通过体内的固氮酶将空气中的氮气转化为含氮化合物，这种固氮大概占到自然固氮的90%。古希腊人很早就发现，种植豆类或者以之轮作可以增加或恢复农田土壤的肥力，其科学原理就在于此。
但是，以上所说的两种固氮途径都是针对整个地球生态循环系统而言的。如果我们单单把农田生态系统拿出来看，情况就会大不一样。农田本质上是个输出系统，每年有大量的物质（农业收获物）会带离这个系统。从氮循环的角度来说，我们每年都会从土地上带走大量氮，如果我们无法把同等体量的氮返还给农田，那么这个系统必然是失衡的。农田的肥力终有一天会被耗尽；它现在之所以没有被耗尽，只是因为它经历了亿万年的、来自蛋白质降解（生物尸体腐烂）和自然固氮的积累还没有被榨取殆尽。
那么，通过传统绿色农业惯用的有机肥料能够为农田补足相应的氮吗？如果我们说的有机肥料是传统农业中的粪肥、酒糟、豆渣等——这些本身就是农田系统的产出，我们只是把其中的一小部分分返还给农田罢了。比如，当使用牛粪作为肥料时，本身还需要20—30亩的草地为这头牛提供饲料，为此所能产生的粪肥，其中蕴含的纯氮大约有12.5千克，足够供养500千克玉米。当然，除此之外还有另一种办法，那就是豆科作物。豆科植物的根瘤菌在固氮作用中占据很大比重，但是这种途径吸收的氮基本集中在豆子所富含的植物性蛋白质里。因此，如果用豆科植物来肥沃土壤，我们就只能放弃吃豆子，把整个植株作为绿肥掩埋。这样，每亩豆科绿肥植物一季可以提供1—1.5千克纯氮，足够生产50千克左右的玉米。
这种循环需要严格计算收支来控制氮的供需平衡，而且，其承受的人口极限是可以计算出来的。我们仅以最理想的条件来计算：假设农民能够使用最好的技术和品种，进行最精细的轮作管理，保留必要的柴草山等资源用地，耕作过程中的肥力遗失、流失和挥发等按最好的标准来计算，全中国自耕农每户6人保证30亩耕地或60亩柴草山（或折合相应面积的鱼塘湖面），饲养10头猪、2头牛，其产出的有机肥可供生产的粮食总产极限也就是1.2亿吨，合理供养人口约为3—4亿人。这还只是计算了氮元素（虽然是生物过程中最重要的元素之一）的循环结果。而实际历史是，中国在清末就已经完全突破了这个界限。
在经济学史上，有一个著名的理论叫“马尔萨斯陷阱”。这个理论认为，如果没有限制，人口是以几何速率增长的，而食物供应却是以线性速率增长的；如果放任人口无限增长，人口会很快增加到社会难以承受的数量，此时就会爆发饥荒和战争等灾难，消灭大量过剩人口，恢复供需平衡。
尽管马尔萨斯陷阱采取的计算方法和我们关于氮元素循环的计算方法完全不同，但背后指向的结论却是共通的：不考虑技术进步的传统农业所谓的“可持续发展”实际上只是一个哲学论断。
如果人口增加超过粮食生产承受的极限，人口就会被迫减少，直到回到这个极限内；同样的道理，如果一片土地上的民族将土地中的氮元素消耗殆尽，这片土地的肥力就会丧失，这个民族也自然会面临生存压力，从而爆发灾难以致人口减少、灭亡或迁徙。如果整个人类都是如此，那么人类文明就要面对倒退、崩溃乃至灭亡。
当然，现实历史并没有发生这种状况，因为科技的进展已经让我们走上了没有回头路的方向：我们找到了人工合成氮的方法，发明了化肥，供养了远超传统“绿色农业”能够“可持续”供养的人口数量。
这个基本的事实，决定了今天所有打着“绿色有机农业”旗号、回归传统耕作方式的农作物生产模式，其实都是奢侈品消费，是对人类乡愁和怀旧情绪的消费。
