1840年德国化学家莱比锡（Liebig）创立了植物矿质营养学，这一学说慢慢变成现代化学农业的金科玉律。此后一百多年里，化肥工业迅猛发展，覆盖了全球的农业生产，依靠化肥农作物的产量的到了前所未有的增长，那些不依赖化肥的传统农业被挤到几乎可被忽视的角落。
化肥的大量使用源于人类对农产品产量近乎贪婪的追求。当人们通过使用化肥对土地产生刺激，短期内土地产量得到大幅提升后，在短期利益的驱动下，化肥生产者、农场使用者或者农民形成了巨大的合力，将化肥推上了现代农业舞台的中心
都是过量惹的祸！
当施用化肥增产的效果下降时，人们开始不断地增加化肥的施用量。据2010年的统计，国内化肥施用量在225公斤/公顷警戒线以下的仅有黑龙江、贵州、青海、西藏和甘肃，其余省份全部超过，前四名都超过了500公斤，依次是海南、天津、福建和广东。预计到2020年广东、福建、北京和天津将超过或接近600公斤。全国总使用量将很有可能突破6000万吨，平均全国单位使用量也将接近500公斤。
为什么是225公斤/公顷的警戒线
为了控制化肥过量使用对土壤和生态环境造成灾难，国际上制定了225公斤/公顷的化肥施用量警戒线，这里我们用一项科学实验的数据结果解读这个警戒线的意义。
上图是一项在土壤中使用化肥（尿素）对土壤细菌数量影响的试验，我们看到当施入量在9克/平方米（折纯后施氮量约195公斤/公顷）时，土壤细菌数量是增加，当施入量达到21克/平方米（折纯后施氮量约456公斤/公顷）时，土壤细菌数量急剧下降到接近零，这是件极其危险的事！
当过量施用后，严重破坏了土壤微生物生态链，使土壤失去活性功能成为死土。有些常年大量使用化肥的农民戏说地越来越馋，其实根本不是地的问题，是人的问题。
据世界粮农组织（FAO）统计分析，目前世界平均每公顷耕地化肥施用量约120kg。
增量不再增收
当化肥的使用者发现，随着化肥用量的不断增加，其增产效应却开始下降，80年代每公斤化肥的增产效果可以达到1:20，到了21世纪仅为1:5，而化肥的施用量却从40公斤/公顷提高到400公斤/公顷，投入成十倍地增加了可收益却下降了。
有得到就有付出，化肥的短期效应其实是以牺牲土壤为代价取得的。我们知道，除了阳光空气水这三大要素之外，农作物生长所需大部分营养都是依靠土壤提供的，而土壤之所以能提供这些营养是因为每克健康的土壤里存在中种类过万、数以亿计的微生物军团，它们的生长代谢把无机质和大分子有机物转化为植物可吸收利用的有机质，它们和地上的动植物一起构成了复杂而又和谐的地球生态链。
正常情况下土壤微生物总是处于饥饿状态，所以人工施用化肥给了土壤微生物一个巨大的、偏食的变量，使得一部分微生物迅速繁殖成为优势，久而久之，土壤微生物的多样性遭到破坏，原有的平衡的生态链被毁掉，原本能够均衡地提供给植物养分的微生物种群结构变得单一化。
莱比锡的植物矿质营养学说还有个最小因子定律，说的是植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。当土壤微生物种群遭到“偏食的”化肥入侵，某些可以产生植物必需的营养元素的微生物处于弱势或消失后，施用再多的化肥只会使短缺的元素更加短缺。
那么，我们可以生产满足各种植物在不同生长期所需要的全营养素化肥吗？结论是不可能。以目前的科技水平和认知，我们对土壤微生物的了解尚不足5%，换句话说我们根本不知道土壤微生物这个庞大而神秘的军团是如何运作的，也不知道植物生长过程中这些营养元素的关系是如何构建的，对于我们来说，土壤微生物还是一个巨大而神秘的“黑箱”，自然也就无法生产出模拟自然土壤营养组分的化肥！
过量的成因：
人类的思维惯性决定，当一件事情得到的收获可能减少时，直接的冲动就是增加投入来保证获得数量不减少，除非直接的投入产出比不合算才会考虑停止或替代。化肥的过量施用也不例外，当使用化肥出现了1:20的增产效应时，人们没有理由忽视它，当这个效应比开始下降时，就加大施用量，希望保持较高的投入产出比。就这样一年一年地不断增加施用量，我国从1980年化肥产销量1270万吨增加到2011年的6027万吨，数量增加了5倍，增产效应却从1:20下降到不足1:5。
过量的危害：
过量使用化肥不仅使土壤养分单一、肥力迅速下降，严重影响作物品质，而且污染物流失，破坏了生态环境，因化学物残留，危害人体健康，同时，还进一步加剧了我国能源的短缺问题。
给农民带来严重的收入损失
据抽样调查，我国80%的农户习惯凭传统经验施肥，不考虑各种肥料特性，盲目采用“以水冲肥”、“一炮轰”等简单的施肥方法。全国有1/3农户对作物过量施肥，导致农民种地投入不断增加，虽然粮食产量增加，但增产不增收的现象越来越严重。
导致农产品质量下降
由于农田大量施用单元素化肥，其养分不能被作物有效地吸收利用。氮、磷、钾等一些化学物质易被土壤固结，使各种盐分在土壤中积累，造成土壤养分失调，部分地块的有害重金属含量和有害病菌量超标，导致土壤性状恶化，作物体内部分物质转化合成受阻，使农产品品质降低。超量使用化肥使果蔬生长性状低劣，并且容易腐烂，不易存放。
导致粮食和农产品安全受到威胁
过量使用化肥极易使庄稼倒伏，而一旦出现倒伏，就必然导致粮食减产，威胁中国的粮食安全；过量使用化肥还容易发生病虫害。比如使用过量的氮肥，会使庄稼抗病虫害能力减弱，易遭病虫的侵染，继而会增加防虫害的农药用量，直接威胁食品的安全性。
加剧环境污染
过量使用化肥，当肥料量超过土壤的保持能力时，就会迁移至周围的土壤中，形成农业面源污染，使河流、湖泊水体呈富营养化，导致藻类滋生，出现部分河流、湖泊的鱼虾发生死亡的现象。
过量的化肥还会渗入20 m以内的浅层地下水中，使地下水硝酸盐含量增加，若长期饮用此类水源就会危害人类的身体健康。据统计，中国每年因不合理施肥造成1 000多万吨的氮素流失到农田之外，直接经济损失达300亿元。
浪费大量紧缺资源
化肥成本之所以居高不下，是因为生产原料紧缺。如氮肥主要以石油为原料，现在则以煤和天然气为主，这些都是我国紧缺的资源。而且每年化肥生产还要消耗大量高品质的磷矿石，而磷矿石也已被列入国土资源部2010年后的紧缺资源之列。有数据表明，2004年我国化肥生产消耗约1亿吨标准煤，超过国家能源消耗比重5%；每年化肥生产消耗的高品位磷矿石超过1亿吨；并消耗了我国72%的硫资源。目前，我国每年生产和消费的化肥量超过4500万吨，而全国氮肥利用率仅有30%左右。
过量施用化肥使其成为名副其实的土地鸦片，以摧毁长期安身立命的本钱（土地地力）为代价得到的短期愉悦，在比较效益逐年降低时，获得的愉悦感越来越少，于是加大投入（化肥）企图提高收益，结果投入越多，本钱越少，最终两败俱伤。
▼真正的出路在于生态有机农业！
在西方国家，丹麦是控制化肥使用的典型，氮磷钾三大类化肥总体施肥量，从上个世纪80年代初的224公斤下降到1996年的144公斤。目前，丹麦化肥用量还一直保持在这个水准上下，而且化肥利用率接近60%。实施了严格的化肥减量控制后，农作物的单位产量不仅没有下降，反而呈上升的趋势。如每公顷小麦的产量从70年代中期的5027公斤上升到1997年的7172公斤。2011年，丹麦的有机农业种植面积占农业总面积7%，处于世界领先地位。不过，丹麦政府依旧没有就此止步，他们计划到2020年将有机种植的农田面积提升至15%。
多年来，丹麦66%以上的粮食、黄油、猪肉、牛肉等农产品出口到世界170多个国家和地区，其中出口到欧盟的农产品占60%，故此丹麦有“欧洲食橱”之称。
生态有机农业以保持良好生态环境下生产高品质农产品为特征，是解决过量施用化肥、降低化肥面源污染直至恢复优良生态环境的选择。
尽管在原有化肥污染的土地上实施生态有机农业改造会面临短期内产量下降的风险，但是在先进的生态改良技术的帮助下，将很快跨过过渡期，一旦土壤的地力恢复后，就进入到持续稳定的高品质、高产出阶段，这是治本之策。
眼下虽然我们已提出要化肥减量，但在过去几十年重数量轻品质的政策导向和市场环境影响下，化肥这个土地鸦片可能还在小范围继续肆虐，如果能在实施化肥零增长目标的同时，把农业生产方式导向生态有机农业，给予更多政策和财政的扶持，相信能够更早地解决化肥过量施用对土壤的毁灭性的破坏和由此形成的面源污染。