Trong các loại phân thì phân hoá học có chứa nồng độ các chất khoáng cao hơn cả. Từ ngày có kỹ nghệ phân hoá học ra đời, năng suất cây trồng trên thế giới cũng như ở nước ta ngày càng được tăng lên rõ rệt. Ví dụ chỉ tính từ năm 1960 đến 1997, năng suất và sản lượng lúa trên thế giới đã thay đổi theo tỷ lệ thuận với số lượng phân hoá học đã được sử dụng (NPK, trung, vi lượng) bón cho lúa. Trong những thập kỷ cuối thế kỷ 20 (từ 1960-1997), diện tích trồng lúa toàn thế giới chỉ tăng có 23,6% nhưng năng suất lúa đã tăng 108% và sản lượng lúa tăng lên 164,4%, tương ứng với mức sử dụng phân hoá học tăng lên là 242%. Nhờ vậy đã góp phần vào việc ổn định lương thực trên thế giới. Ở nước ta, do chiến tranh kéo dài, công nghiệp sản xuất phân hoá học phát triển rất chậm và thiết bị còn rất lạc hậu. Chỉ đến sau ngày đất nước được hoàn toàn giải phóng, nông dân mới có điều kiện sử dụng phân hoá học bón cho cây trồng ngày một nhiều hơn. Ví dụ năm 1974/1976 bình quân lượng phân hoá học (NPK) bón cho 1 ha canh tác mới chỉ có 43,3 kg/ha. Năm 1993-1994 sau khi cánh cửa sản xuất nông nghiệp được mở rộng, lượng phân hoá học do nông dân sử dụng đã tăng lên đến 279 kg/ha canh tác. Số lượng phân hoá học bón vào đã trở thành nhân tố quyết định làm tăng năng suất và sản lượng cây trồng lên rất rõ, đặc biệt là cây lúa. Rõ ràng năng suất cây trồng phụ thuộc rất chặt chẽ với lượng phân hoá học bón vào. Tuy nhiên không phải cứ bón nhiều phân hoá học thì năng suất cây trồng cứ tăng lên mãi. Cây cối cũng như con người phải được nuôi đủ chất, đúng cách và cân bằng dinh dưỡng thì cây mới tốt, năng suất mới cao và ổn định được. Vì vậy phân chuyên dùng ra đời là để giúp người trồng cây sử dụng phân bón được tiện lợi hơn.
Lúa là cây trồng cần tương đối nhiều phân, phải bón nhiều phân một cách hợp lý mới có thể đạt năng suất cao. Nếu bón phân không cân đối, không hợp lý làm cho lúa sinh trưởng, phát triển không bình thường và làm giảm năng suất.
chất quy luật nhất định. Khi căn cứ vào các chỉ tiêu sản xuất để xác định mức độ phân bón cần xem xét toàn diện, kết hợp giữa giống, đất đai, mật độ cấy, các biện pháp trồng trọt khác với điều kiện ngoại cảnh bên ngoài.
Tuy nhiên hậu quả của việc bón phân hoá học quá nhiều là làm cho chất lượng nông sản phẩm ngày càng giảm sút, trích dẫn qua [27].
Phân bón là cơ sở cho việc tăng năng suất lúa. Từ lâu các nhà khoa học trong và ngoài nước có nhiều công trình nghiên cứu về phân bón cho lúa. Trong các loại phân đa lượng thì đạm, lân, kali đều rất quan trọng cho cây lúa do vậy các công trình nghiên cứu cho việc bón phân NPK hợp lý là điều không thể thiếu để tăng năng suất lúa.
- Theo Nguyễn Thị Lẫm, 1999 [16], sau một năm cây lúa lấy đi của đất một lượng dinh dưỡng lớn gồm: 125 kg đạm, 74,5 kg lân, 96 kg kali.
- Đào Thế Tuấn, 1980 [29], khi nghiên cứu sinh lý giống lúa năng suất cao, đã khẳng định đối với năng suất lúa vai trò số một là: N, P, K.
- V. Proramenku, 1963, trích dẫn qua [27], ở trạm thí nghiệm quốc gia Nhật Bản muốn năng suất lúa đạt 78 tạ/ha cần phải bón: 134 kg N + 84 kg P2O5 + 123 kg K2O.
Nông nghiệp thế kỷ XXI phát triển trên cơ sở đảm bảo an toàn dinh dưỡng cho cây và đất trồng. Nhiệm vụ của loài người là phải cải tạo một mức nông nghiệp bền vững trong đó giảm đến mức tối đa việc mất chất dinh dưỡng để không làm ô nhiễm môi sinh ngăn chặn thải NH4+ và NO3- vào nguồn nước sinh hoạt.
Ở các nước phát triển, người ta đã tìm thấy sự liên quan giữa sử dụng nhiều phân khoáng với chất lượng môi trường và sức khỏe con người (Theo Tổ chức GEMS thì có 10% số sông ở Tây Âu có N-NO3 từ 9 - 25mg/l). Những vấn đề này cũng trở nên quan trọng ở các nước đang phát triển, vì:
- Từ bài học ở các nước phát triển để hạn chế tác động của phân khoáng đến môi trường.
- Rửa trôi nitrát xâm nhập vào nước uống, gây ra những vấn đề về sức khỏe mà chủ yếu là ở trẻ em - hội chứng xanh xao, và làm gia tăng phú dưỡng ao hồ.
có thể làm tổn thương tầng ôzôn.
- Việc sử dụng nhiều phân khoáng có thể mang vào đất và tích lũy theo thời gian các kim loại nặng. Sử dụng nhiều phân lân làm tích lũy Cd trong đất.
- Trong vùng trồng rau, đất thoáng khí, độ ẩm thích hợp cho quá trình ôxy hóa, nitrát trong đất được hình thành, rau dễ hấp thu. Sự hấp thu đạm ở dạng NO3- không chuyển hóa thành prôtêin là nguyên nhân làm giảm chất lượng rau quả (FAO đã có quy định cho phép lượng NO3- trong một số rau quả tươi). Rau bị "bẩn" nitrát hay kim loại nặng có tính nguy hiểm cho sức khỏe của con người.
Việc sử dụng phân khoáng có hệ thống trong canh tác vùng nhiệt đới, làm cho vốn đất đã bị chua càng trở nên chua, thoái hóa về cấu trúc. Hệ sinh thái đồng ruộng, đặc biệt là hệ sinh thái ruộng lúa canh tác nhiều vụ, trở nên giản hóa về chức năng sinh học.
Sử dụng phân khoáng liên tục có thể làm cho đất nhiệt đới trở nên chua hóa nhanh, đất chai cứng, giảm năng suất cây trồng. Ở Đồng bằng sông Hồng sau 10 năm canh tác (1990 - 2000) trung bình độ chua đất (pHKCl) giảm 4,5%. Phần đông dân số nước ta sống bằng nghề nông nghiệp và phần lớn diện tích đất
được sử dụng cho nông nghiệp (bao gồm cả diện tích đất lâm nghiệp và đất dùng cho chăn nuôi), do vậy nông nghiệp được xem như một ngành có ảnh hưởng lớn đến môi trường. Chính vì vậy, nông nghiệp cần thiết phải góp phần tích cực vào việc giảm giảm thiểu những chi phí về bảo vệ môi trường.
Theo số liệu của Cơ quan phát triển Liên Hợp Quốc tại Việt Nam, năm 2003 Việt Nam nhập khẩu lượng phân bón trị giá 628,141 triệu USD. Với phương pháp bón phân hợp lý, Việt Nam không những tiết kiệm được phân bón mà còn giảm thiểu tác động xấu của việc sử dụng các chất hoá học đối với môi trường.
Ở Việt Nam, lượng phân hoá học bón cho lúa ngày càng tăng cao qua các năm thì việc nghiên cứu cách bón phân hợp lý nhằm giảm bớt lượng phân hoá học bón vào đất, nâng cao năng suất lúa, góp phần bảo vệ môi trường là việc làm cần thiết và có ý nghĩa nhằm giảm bớt đầu vào cho nông dân canh tác lúa và giảm ngoại tệ nhập phân bón cho Nhà nước, tức là nông dân tiết kiệm được 30%
lượng phân bón có nghĩa là đã tiết kiệm được 188,5 triệu USD cho Nhà nước.