化肥利用效率过多，造成的直接后果是农田环境污染。使用不当的化肥，就像上瘾的“鸦片”，伤害的不是一块地，而是几代人。
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曼地亚红豆杉施肥和喷农药就像人类一样，吃的太多会生病，吃药太多也会生病。
自1994年以来，中国农业大学的专家在北京、山东、陕西等地的20个县600多个点位的抽样调查显示，在北方集约化的高肥用量地区，20%的地下水硝酸盐含量超过国家饮用水硝酸盐含量限量标准（每升硝酸盐含量8 9毫克），45%地下水硝酸盐含量超过主要发达国家饮用水相关限量指标。除此之外，因化肥中含有重金属、酸根等物质，其对环境的影响是多方面的。重要的环境影响如下：
1）重金属和有毒元素有所增加 从化肥的原料开采到加工生产，总是给化肥带进一些重金属元素或有毒物质。其中以磷肥为主。中国施用的化肥中，磷肥约占20%，磷肥的生产原料为磷矿石，它含有大量有害元素F和As，同时磷矿石的加工过程还会带进其它重金属Cd、Cr、Hg、As、F，特别是Cd。另外，利用废酸生产的磷肥中还会带有三氯乙醛，对作物造成毒害。
研究表明，无论是酸性土壤、微酸性土壤还是石灰性土壤，长期施用化肥还会造成土壤中重金属元素的富集。比如，长期施用硝酸铵、磷酸铵、复合肥，可使土壤中As的含量达50~60 mg/kg。同时，随着进入土壤Cd的增加，土壤中有效Cd含量也会增加，作物吸收的Cd量也增加。
2） 微生物活性降低 土壤微生物是个体小而能量大的活体，它们既是土壤有机质转化的执行者，又是植物营养元素的活性库，具有转化有机质、分解矿物和降解有毒物质的作用。中科院南京土壤研究所的试验表明，施用不同的肥料对微生物的活性有很大的影响，土壤微生物数量、活性大小的顺序为：有机肥配施无机肥>单施有机肥>单施无机肥。中国施用的化肥中以氮肥为主，而磷肥、钾肥和有机肥的施用量低，这会降低土壤微生物的数量和活性。
3）养分失调与硝酸盐累积 中国施用的化肥以氮肥为主，而磷肥、钾肥较少，长期施用造成土壤营养失调，加剧土壤P、K的耗竭，导致NO3-N累积。NO3-N本身无毒，但若未被作物充分同化可使其含量迅速增加，摄入人体后被微生物还原为NO2-，使血液的载氧能力下降，诱发高铁血红蛋白血症，严重时可使人窒息死亡。同时，NO3-N还可以在体内转变成强致癌物质亚硝胺，诱发各种消化系统癌变，危害人体健康。在保护地栽培条件下，即使是以施用有机肥为主的100 cm土层中NO3-N累积量也在240~740 kg/hm2。
湖泊、河流和浅海水域生态系统的富营养化，也因氮磷等营养物质的增加有关，其直接的生态灾害是水藻疯长，鱼类等水生动物因缺氧数量减少甚至死亡，并引发近海的赤潮。氮肥气态损失也造成温室气体排放。氮主要在土壤微生物的硝化和反硝化作用下，使部分氮肥变成氧化亚氮这样的温室气体，从而对大气臭氧层产生破坏。
氮肥过量使用将对长期粮食安全和食品安全造成威胁。氮肥过量使用排放的温室气体加剧了气候变化，气候变化又对长期粮食安全造成负面影响；氮肥的过量使用会导致土质下降和土壤环境恶化，进而影响到作物的生长；过量使用还在一定程度上导致农药施用量的增加，这是因为化肥过量使用，造成了土地微生物和动物多样性降低，土壤板结，植物病害增加，需要用更多的农药控制病害。在退化的农田生态系统中，当初级生产力下降时，以植物为食的植食性害虫数量也将增加，更加剧农药的使用。
4）土壤酸化长期施用化肥加速土壤酸化，中国农业大学张福锁教授团队对此进行了深入的分析，文章发表在国际著名的《科学》刊物上。
这是因为，一方面与氮肥在土壤中的硝化作用产生硝酸盐的过程相关。首先是铵转变成亚硝酸盐，然后亚硝酸盐再转变成硝酸盐，形成H+，导致土壤酸化。
另一方面，一些生理酸性肥料，比如磷酸钙、硫酸铵、氯化铵在植物吸收肥料中的养分离子后，土壤中H+增多，许多耕地土壤的酸化和生理性肥料长期施用有关。此外，氮肥在通气不良的条件下，可进行反硝化作用，以NH3、N2的形式进入大气，大气中的NH3、N2可经过氧化与水解作用转化成HNO3，降落到土壤中引起土壤酸化。化肥施用促进土壤酸化现象在酸性土壤中最为严重。土壤酸化后可加速Ca、Mg从耕作层淋溶，从而降低盐基饱和度和土壤肥力。
针对上述现象，有学者认为化肥对耕地肥力有短期提高的功效，但长期不合理使用，则对土地健康造成不利影响。
有人据此将化肥成为“土地鸦片”，农民用之成瘾，耕地也会成瘾，但耕地退化后，其高生产力就难以维持了。
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。
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。
