Der Einsatz von Düngemitteln ist die Basis für eine ausgewogene Pflanzenernährung in der Landwirtschaft. Mit der Düngung werden dem Boden Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphat und Kalium wieder zugeführt, die mit der Ernte vom Feld abgeführt wurden. Eingesetzt werden sowohl Mineraldünger als auch Wirtschaftsdünger: Mineraldünger wird seit der Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens Anfang des 20. Jahrhunderts großindustriell produziert und sorgte für große Produktionsfortschritte in der Landwirtschaft. Unter Wirtschaftsdünger versteht man organische Dünger aus der Landwirtschaft wie Gülle, Jauche, Mist und Gärreste aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Dazu kommen andere organische Dünger wie Kompost und Klärschlamm. Wirtschaftsdünger fallen in Nordrhein-Westfalen, das mit etwa 22 Millionen Tieren eine bedeutende Tierproduktion und neben Niedersachsen die höchste Viehdichte in Deutschland aufweist, in relativ großer Menge an.

Bei der Düngung kann es zu Stoffausträgen kommen, die für Umwelt und Gesundheit schädlich sind: zum Beispiel zu Stickoxid- und Ammoniakemissionen und zur atmosphärischen Anreicherung von Lachgas, das ein hohes Treibhausgaspotenzial hat und Ozon in der Stratosphäre abbaut; des Weiteren zu erhöhten Nitratkonzentrationen im Grundwasser durch Sickerwasser und zur Eutrophierung von Süßwasser- und Küstenökosystemen durch Auswaschungen. Zudem droht eine Versauerung von Böden durch Ammoniak, Ammonium und Stickstoffoxide.

Der Stickstoffüberschuss auf der landwirtschaftlichen Fläche wird jährlich aus der Differenz von Stickstoffzufuhr und Stickstoffabfuhr für den gesamten Sektor Landwirtschaft berechnet. 2018 stieg der Stickstoffüberschuss auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche Nordrhein-Westfalens auf 116 Kilogramm pro Hektar. Das lag unter anderem an der Dürre in dem Jahr: Die unter Trockenstress leidenden Pflanzen verminderten ihre Photosyntheseaktivität, wuchsen dadurch schlechter und nahmen entsprechend weniger Nährstoffe auf.

Die Stickstoffeinträge sind in Deutschland respektive Nordrhein-Westfalen seit geraumer Zeit zu hoch und führten 2016 wegen der unzureichenden Umsetzung der Nitratrichtlinie zu einem EU-Vertragsverletzungsverfahren. Daher wurde die erst im Jahr 2017 reformierte, bundesweit gültige Düngeverordnung zum 1. Mai 2020 erneut geändert und verschärft. Ihre neue Fassung und die neueste Landesdüngeverordnung begrenzen den Eintrag durch strengere Ausbringungsbeschränkungen für stickstoff- und phosphathaltige Düngemittel und vieles mehr. So dürfen zum Beispiel maximal 170 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr mit organischen Düngemitteln ausgebracht und darf der für jeden Schlag individuell ermittelte Düngebedarf nicht überschritten werden. Auch wurden zum Januar 2021 Gebietskulissen mit hoher Nitratbelastung nach den Vorgaben der Düngeverordnung ausgewiesen, in denen zusätzliche Anforderungen gelten.