“绿色革命”是上世纪中叶由发展中国家兴起的一场提高作物产量的技术革命。不过，“绿色革命”可能并没有想象中那么绿色。来自Nature杂志的两篇报道指出，它加剧了大气中二氧化碳的季节性涨落。农田的巨大影响令人惊讶。
作物的高产是通过以下三个要素实现的：高产优良品种（高产的玉米品种、杂交矮杆水稻品种和半矮化小麦品种）、施肥和水利灌溉的广泛利用。通过“绿色革命”，墨西哥一举由一个粮食进口国变为出口国。在过去的50年里，世界人口从30亿增加到70亿，粮食产量增加了两倍，“绿色革命”功不可没。
可是你们知道吗，“绿色革命”也许并没有那么绿色，它加剧了大气中二氧化碳的季节性涨落（CO2 seasonal amplitude）。“背靠背”发表在同一期Nature杂志上的两篇文章，均报告称农业生产的集约化加剧了大气中二氧化碳的季节性涨落。
30年前，科学家们利用夏威夷冒纳罗亚（Mauna Loa, Hawaii）和阿拉斯加巴罗(Barrow, Alaska)的监测站观测到的数据，第一次发现了大气二氧化碳有季节性周期涨落的特点。同时，遥感、生态系统模型和涡动相关观测系统的数据表明，北半球温带生长季在逐渐变长。
春夏两季，植物生长过程中吸收二氧化碳、释放氧气，大气中的二氧化碳浓度会下降；秋冬两季，植物释放二氧化碳，大气中的二氧化碳浓度上升。所以春夏两季二氧化碳的观测数值高，秋冬两季二氧化碳的观测数值低。在过去的50年里，大气二氧化碳季节性涨落的幅度升高了50%。高浓度的二氧化碳会造成全球变暖，同时也会促进农业增产，因为二氧化碳是植物光合作用的主要原料之一。
高浓度的二氧化碳还会提高光和作用的效率，但是，这无法解释过去50年里北半球大气中二氧化碳季节性涨落幅度增加的原因。
美国马里兰大学的Ning Zeng等研究人员分析了一系列的观测数据，包括位于美国夏威夷的冒纳罗亚天文台（mauna loa observatory）自1958年以来记录的二氧化碳数值，以及1981年以来的全球二氧化碳总指数，历史性地第一次利用陆地生态系统碳循环模型VEGAS，分析了过去50年来农业活动强度（“绿色革命”）的影响。
VEGAS模型模拟结果显示，农作物产量由1961年的0.6 PgCyr-1(petagram of carbon per year，每年十亿吨) 增加到2010年的1.4 PgCyr-1，增加了0.8 PgCyr-1，略微低于联合国粮农组织的数据1.0PgCyr-1。
另外，从陆地到大气的净碳通量指数FTA（the net land-atmosphere carbon flux）在七月跌入谷值，与此相应的植物生长和碳吸收（carbon uptake）达到峰值；FTA在十月达到峰值，此时植物生长变缓而且北半球的温度还足够使腐烂的植物进行高速降解。
从1961年至1970年，这十年间的FTA平均季节性涨落值为36.6 PgCyr-1；到2001年至2010年，这一数值增加到了41.6 PgCyr-1。这个涨落值的增加，表明二氧化碳在春夏生长季被更早的消耗。同时科学家们发现，生长季延长了14天，春季碳吸收提早了10天。从1961年到2010年，大气中二氧化碳季节性涨落的幅度升高了15%。
导致季节性涨落幅度升高的因素主要来自于两个区域，一个是北半球中纬度北纬25度(约为中国昆明)至北纬60度（约为挪威奥斯陆）的农田（包含了亚洲、欧洲以及北美洲主要的农业区）；另一个是北半球高纬度北纬50度到北纬70度的天然植被。
农田可以对大气二氧化碳季节性涨落产生的巨大影响令人惊讶，因为人们通常认为，天然植被可以产生更多的二氧化碳。但就影响大气中二氧化碳季节性涨落来说，作物有一个短而旺盛的生长季，会形成一个更加尖锐的峰值和更大幅度的季节性涨落。大气二氧化碳季节性涨落的幅度正以每年0.3个百分点的速度增加，其中，土地利用的改变贡献了45%，气候变化贡献了29%，二氧化碳化肥贡献了26%。
VEGAS模型模拟的结果与冒纳罗亚天文台的观测数值总体上是一致的，但由于冒纳罗亚天文台的观测数值还受到大气循环和化石燃料的排放等因素的影响，冒纳罗亚天文台的观测结果并不能与VEGAS模型模拟的结果直接相比。然而由于冒纳罗亚天文台的观测结果被认为是世界上最长最有效的大气二氧化碳记录，这种比较还是非常有意义的。
玉米（Maize）、小麦(Wheat)、水稻(Rice)和大豆(Soybean)这四种作物(MWRS)占全球热能消耗（caloric consumption）的64%，干物质产量（dry biomass production）的58%。在温带地区，MWRS四种作物干物质产量的占比更高，达到68%。
自1965年以来，MWRS四种作物的种植面积仅增加了18%，但产量却增加了240%，这说明产量的增加主要是通过农业生产力的提高来实现的，而不是靠单纯的增加种植面积，而农业生产力的提高得益于良种、施肥和灌溉（绿色革命）。
通过计算北半球温带地区这四种作物每年在碳吸收期(carbon uptake period, CUP)和碳释放期(carbon release period, CRP)的净生态系统生产力（net ecosystem production），波士顿大学环境科学家Josh Gray等人开发了一种碳核算方法（carbon accounting methodology）来分析农业生产对大气二氧化碳季节性涨落产生的影响，结果显示，大气二氧化碳季节性涨落的四分之一可以用农业生产力的提高来解释，虽然这个原因以往经常被忽视。
MWRS四种作物生产用地仅占北半球温带有植被覆盖土地面积的6%，但还是贡献了大气二氧化碳季节性涨落的四分之一，这说明由MWRS四种作物导致的大气二氧化碳季节性涨落，几乎全部是由于农田管理和遗传学的进步引起的。
玉米（主要在美国中西部和中国北方集中种植）单独贡献了这个涨落的三分之二，占66%，远远高于其他三种作物；水稻第二，贡献了14%；大豆对大气二氧化碳季节性涨落的影响也不太高，为11%；小麦的贡献最少，只有9%。欧洲虽然产出了38%的小麦和20%的MWRS作物，但仅贡献了由MWRS四种作物导致的大气二氧化碳季节性涨落的11%。
中部欧亚（central eurasia）地区更低，只有2%，这些因素使北美和中国的玉米生产对大气二氧化碳季节性涨落的影响极为显著。
土地的集约化利用——如森林的砍伐——会将碳释放到大气中，而土地的恢复则会固碳。这项研究从另一个角度阐述了人类活动对全球碳循环的影响，即人类从根本上改变了地球系统，人类对土地的利用加剧了大气中二氧化碳季节性涨落。在未来的50年，世界粮食产量需要接近翻番才能满足需求，这需要相应的提高农田产量。可以预见，在未来，大气二氧化碳的季节性涨落会进一步加剧。