El uso excesivo de fertilizantes ha resultado en una grave degradación ambiental y un alto costo en salud en China. Comprender las razones del uso excesivo de fertilizantes es fundamental para el desarrollo sostenible de la agricultura china, y la operación a gran escala se considera una de las medidas para abordar el uso excesivo de fertilizantes. Bajo la premisa de considerar plenamente la dotación de recursos y la heterogeneidad de los agricultores a gran escala y los agricultores a pequeña escala en la producción y gestión, se construyeron diferentes marcos de toma de decisiones de producción. Basándonos en 300 agricultores a gran escala y 480 agricultores a pequeña escala en ocho provincias de la región de trigo del norte de China, analizamos la cantidad óptima de uso de fertilizantes y su desviación, así como los factores que influyen en los agricultores a pequeña y gran escala, y luego aclaramos si el desarrollo de la gestión a escala podría resolver el problema del uso excesivo de fertilizantes. Los resultados empíricos muestran que: (1) tanto los agricultores a pequeña escala como los agricultores a gran escala se desviaron de la cantidad óptima de aplicación de fertilizantes, donde el grado de desviación de la aplicación óptima de fertilizantes de los agricultores a pequeña escala es significativamente mayor que el de los agricultores a gran escala, con un grado de desviación del 35.43% y 23.69% para los agricultores a pequeña y gran escala, respectivamente; (2) no todos los cultivadores de trigo en el norte de China tenían el problema del uso excesivo de fertilizantes químicos, ya que el nivel óptimo de aplicación de fertilizantes químicos en Heilongjiang y Mongolia Interior es de 346.5 kg ha-1 y 335.25 kg ha-1, mientras que la cantidad real de uso de fertilizantes fue de 337.2 kg ha-1 y 324.6 kg ha-1, respectivamente; y (3) cuanto mayor es el nivel de aversión al riesgo, los agricultores tienden a aplicar más fertilizantes para garantizar la producción de granos. Por lo tanto, aumentar el tamaño de la explotación agrícola debería integrarse en acciones como mejorar la innovación tecnológica y proporcionar una mejor transferencia de información para lograr el objetivo de cero aumento en el uso de fertilizantes en China.