過量使用氮肥造成嚴重環境污染，這是筆者早就預料到的，長期以來，土壤學家強調的化肥就是“氮、磷、鉀”等無機礦物質為主，很少考慮有機氮、有機質的貢獻。由于大量施氮，很少考慮有機質，土壤中的碳氮比是嚴重失調的。因此筆者大膽預測，中國的耕地目前不是缺氮而是缺碳。
為了驗證上述假設，我帶領自己的研究團隊在山東沂蒙山區正在研究治本的措施，前期實驗令人振奮。2009年，在10畝試驗田里，增施有機肥、減半化肥后，小麥畝產量達到900多斤/畝。我們采取的措施是生態學的辦法，就是充分尊重生態學的規律，讓元素循環起來。如果恢復了傳統的“六畜興旺、五谷豐登” 式的有機循環農業，則我國僅利用一半的化肥也能滿足國家糧食安全需求。
我們的實驗得到中國科學院應用生態研究所專家的理論數據支持。2010年3月，筆者參加某國家重點試驗室的學術研討會，應用生態所的專家研究表明，由于土壤碳氮比下降，致使土壤氮肥效降低，氮素損失嚴重；而增加土壤碳含量后，耕地土壤對氮的固持能力明顯提高。他們的試驗有力地說明，中國耕地目前缺少的是碳肥，而不是氮肥；或至少要增加氮肥的有效性，必須保持耕地一定的土壤碳氮比例。最近30多年來，政府加大對化肥行業補貼，農民不積有機肥，每年補充以氮肥為主的化肥，秸稈固定的碳被就地焚燒還回了大氣，這樣耕地因缺少有效的碳源而喪失固持氮的能力。
2010年1月5日，《第一財經日報》報道了一則這樣的消息，云南省農科院進行了一項新肥料試驗取得了非常明顯甚至驚人的增產效果：9畝水稻增產幅度達21.55%。所使用肥料的成分構成中，氮磷鉀含量不足10%，但有機質含量豐富，能起到很好的改良土壤效果。這項實驗說明，肥料的改進、土壤的改良在提升糧食產量上還有很大的潛力可挖。這也從另一個側面驗證了我們關于中國耕地缺少碳素的觀點。
上面提到的三個實驗，即筆者所在團隊、中科院沈陽應用生態所、云南省農業科學院的實驗都說明，增加耕地碳素，均能進一步發揮地力，固持氮素，減少環境污染，最終將溫室氣體埋葬在耕地中。那么，為什么增加耕地碳含量尤其是有機碳，地力就能得到維持，甚至高產呢？原因就在于，農民添加的化肥要充分發揮作用，必須得經過土壤微生物的作用，而碳是構成微生物的基本骨架；另外，生物代謝所需的能量也是儲藏在含碳有機化合物中被微生物所利用的。如尿素屬酰銨態氮肥，需要在土壤中尿素細菌分泌的脲酶作用下，轉化成銨態氮才能被植物根系吸收。除了土壤微生物，土壤動物也起到很好的作用。然而，遺憾的是，長期以來，我們只考慮了給植物增加氮、磷、鉀等化肥，過量化肥、農藥、除草劑降低了土壤生物多樣性，化肥利用率不增反降，徒增加對環境污染而已。
碳氮比例嚴重失調，尤其土壤有機質下降，是限制我國糧食產量的客觀因素；農民不愿意種地，用地不養地是其主觀因素。目前，有關部門置這兩個主要因素而不顧，盲目補貼暴利的化肥行業，乃至試圖通過轉基因技術改良作物品種而實現增產，這都是“治標不治本”的做法。那些打著增加糧食產量而套取國家經費的做法不能再繼續發展下去了。
由此看來，目前我國耕地嚴重缺碳而不缺氮。耕地有機質平均小于1%，氮肥利用率僅為30%，這些都是碳氮比例嚴重失調的重要信號。中國傳統的農業是世界上最先進的，我們的耕地持續利用了5000多年沒有退化，而今實行現代化肥農業，短短三四十年就出現了耕地明顯退化。我們必須重視這個嚴酷現實，否則，我國糧食安全問題將受到因耕地質量下降帶來新的挑戰。
怎樣增加耕地碳呢？其實自然界早就有了答案，這就是讓植物固定的光合產物有效循環起來。秸稈中的碳來自大氣，光合作用和固氮作用就是天然的“化肥”合成過程；秸稈過腹還田，既保持充足的土壤碳源，又充分利用其中的氮、磷、鉀以及各種礦質元素，減少化肥投入，這是一舉多得的事情。今后，國家應當停止對化肥行業的補貼，關閉一部分高污染、高排放的化肥工廠，補助農民利用有機肥養地，逐步減少化肥使用，實現生態循環型固碳農業。
