1840年，德国著名化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质营养学说和归还学说，认为只有矿物质才是绿色植物唯一的养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用。李比希还指出，作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还土壤，否则土壤将日益贫瘠。从而否定了“腐殖质”和“生活力”学说，引起了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。此后的一百多年，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得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，当人们看到化肥带来的增产使得收益增加后，在短期利益的驱动下，无论化肥工业的生产者还是使用的农场或农民形成了合力，于是化肥就成了现代农业不可或缺的主角。
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，在我国化肥利用率极低的情况下(氮肥平均利用率为30%~35%,磷肥为10%~20%,钾肥为35%~50%)，化肥的流失形成污染就成为必然。
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。
当过量施用，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。
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。
过量的危害
1、土壤微生物多样性减少直至丧失。过量施用化肥导致土壤酸化，土壤微生物菌群组成变化，对植物有害的真菌类微生物增加。多项研究表明，过量的尿素使得土壤微生物多样性严重降低。
2、破坏土壤结构。大量施入土壤的氮肥在硝化作用过程中释放出氢离子使土壤逐渐酸化活化了土壤中的重金属离子或其他有害污染物减少微生物和蚯蚓等土壤生物加速土壤一些营养元素的流失致使土壤严重板结最终使土壤丧失农业耕种的价值。
3、增加重金属析出风险。以镉为例，生产磷肥的原料磷矿石含镉5～100mg/kg，大部分或全部进入肥料中。由于镉在土壤中运动性较小，淋失很少，也不会被微生物分解，而且PH每下降一个单位，镉的生理活性增加近100倍，通过肥料→土壤→农作物→动物或经过食物链，最终被人体摄取而产生危害。
4、污染空气。施用氨态氮肥有13%~28%的氨气逸入大气;土壤中的氮肥经过硝化和反硝化作用，均可产生大量的一氧化氮其单位分子量的增温潜能是温室气体二氧化碳的200倍，同时，与O3反应后，破坏臭氧层。
5、污染水体。据有关资料表明从农田进入地表水体的氮占人类活动排入水体氮的51%，施氮肥地区氮流失比不施地区高3-10倍。化肥的大量不合理使用对流域内水质影响较大也是难以控制的薄弱环节。据调查我国532条河流中，有82%不同程度地受到氮污染大江大河富营养化日趋严重同时地下水也被污染。
6、降低农产品品质。过量施用化肥使农产品品质下降蔬菜中硝酸盐含量严重超标直接危害人体健康。研究表明,34种主要蔬菜中绿叶菜类、根茎类菜更易富集硝酸盐。有研究表明，使用化肥生产的果蔬，其VC、可溶性蛋白、糖、有机酸等含量较大幅度降低。美国有一项研究表明，现在的蔬菜营养成分比40年前下降了约60%
为何难以减量?
农业部表示，将在全国范围内实施化肥使用量零增长行动，力争到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长。其实按照目前的施用量增长速度，到2020年已经达到环境无法承受的顶峰了，如果那时再不降低，农田生态环境将被化肥毁于一旦。
首先，这个目标仅针对主粮作物，是走了先易后难的路线。现在经济作物(水果蔬菜)单位面积施用量和施用量绝对值已经超过主粮作物，而且化肥面源污染呈现沿水体线状弥散式扩散的特征，不限制这一块，总量就很难减下来。
其次，化肥工业利益集团的压力和减量使用化肥可能带来产量下降的风险都是阻碍零增长目标的障碍。
第三、土地是国家的，农民只是拥有使用权而已，缺乏维护地力，保持长期发展的原动力。
第四、小农经济格局下农民的短期利益和化肥的捆绑性，形成土地和农户对化肥的双重依赖性。
不用化肥可能导致几年内农产品产量下降，我们可能承担不起农产品数量下降的风险，所以在小农经济普遍存在而且土地又非农民世代所有的情况下，依靠农民减少使用化肥几乎是不可能办到的事情。
化肥的合理施用是基于不过分破坏土壤环境下，土壤微生物还可提供均衡营养，如果过量使土壤失效的话，仅靠化肥的结局就是越来越严重的面源污染。
过量施用化肥使其成为名副其实的土地的毒品，以摧毁长期安身立命的本钱，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，于是加大投入企图提高收益，结果投入越多，本钱越少，最终两败俱伤。
怎么戒掉土地的“毒”？
西北农林科技大学资源环境学院刘存寿教授为首席专家的科研团队历时20年完成的“植物碳基营养机理与天然有机物料高肥效利用技术研究项目”于2016年7月10日通过科技部成果鉴定，中科院赵玉芬等多位专家、院士一致认为该项技术处于国际领先水平，同时指出“这是世界肥料界的一场革命”。刘存寿教授创造性地提出了植物碳基营养新概念及活性有机物与无机物的配位增效理论，首创了天然有机物“仿生化学法”快速降解新技术，为生物质及矿物质资源的高效利用开辟了新途径。
永春碳基肥、全营养肥、复合微生物水溶肥、碳基营养肥、微生物菌肥、微生物复合肥、含腐植酸水溶肥、叶面肥、蔬菜专用肥、林果专用肥、烟草专用肥、中药材专用肥、花卉专用肥应运而生。打造作物营养吸收利用的“高速公路”，碳基肥被作物利用的过程区别于其他所有传统肥料，碳基肥所含的水溶有机碳不必经过任何化学分解也无需耗费土壤氧气与能量就能被作物吸收!大大提高作物根系吸收利用率；同时现与四川秦蜀桥农业科技有限公司（+V：chntjf）签署互联网合作协议，授权其独家代理全国互联网全国经销商。
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，但是在先进的碳基营养肥改良技术的帮助下，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。