Cố định đạm sinh học có vai trò quan trọng trong việc duy trì đạm trong đất trồng lúa nước (Roger and Ladha, 1992; Ladha et al., 2000). Vi sinh vật cố định
đạm không cộng sinh được đánh giá cân bằng đạm trong trường hợp không bón phân đạm được tính từ 38–90 kg N/ha/năm hoặc 19–45 kg N/ha/vụ (Pampolino et al., 2007a).
Sự cố định đạm sinh học trên ruộng có trồng lúa (còn gọi là sự cố định đạm kết hợp) khi đất có lượng đạm thấp có thể đạt đến 113 kg N/ha. Tuy nhiên, mức độ
cố định đạm sinh học phụ thuộc vào hệ sinh thái, tập quán canh tác và sự phát triển khác nhau của giống lúa (Watanabe et al., 1977, Rao et al., 1998, Ariosa et al.,
2004). Trolldeneir (1975) ước lượng lượng đạm cố định trong vụ là 63 kg N/ha ở đất ngập nước, 28 kg N/ha ở đất trồng không ngập nước. Boddey và Dobereiner (1984) cho rằng sự cố định đạm sinh học kết hợp là một trong những nguồn đạm chính ở đất lúa và ước lượng khoảng 30 kg N/ha/vụ, chiếm 20% đạm tổng số trong cây trồng.
Tại Philippines trồng 2 vụ lúa nước nhận 59–103 kg N/ha/năm từ cốđịnh đạm sinh học, ở Nhật Bản trồng 1 vụ lúa trên năm sau thời gian đất bỏ hoang nhận từ
19–38 kg N/ha/năm. Trong sự cân bằng kín, cho thấy rằng rất ít gia tăng và thậm chí cuối cùng mất đạm ở nghiệm thức có bón phân đạm, điều này cho thấy phân đạm bón vào bị mất đi nhiều hơn số lượng cốđịnh đạm đóng góp. Phân đạm bón vào chỉ
tồn tại một thời gian ngắn bởi nó nhanh chóng bị vi sinh vật biến đổi và bay hơi. Tuy nhiên, xử lý urea trên mặt đất trong thời gian ngắn số lượng sẽ giảm đi do tảo lam trong nước cố định, nó có thể kích thích cố định đạm trong đất và trong vùng rễ. Do vậy, cố định đạm có vai trò chủ yếu trong việc duy trì đạm trong đất (Ladha
et al., 1989).
Tác nhân chính cốđịnh đạm bao gồm tảo lam cốđịnh và vi khuẩn quang hợp sống trong đất ngập nước và mặt đất, vi khuẩn dị dưỡng cũng tìm thấy trong vùng rễ lúa và trong đất ngoài vùng rễ (Roger and Ladha, 1992). Sử dụng phương pháp
ARA (Acethylene Reduction Assay), Ishizawa et al. (1987) đã tìm thấy hoạt tính cao của nitrogenase xảy ra ở rễ lúa nước. Sự ngập nước đã cung cấp điều kiện thích hợp cho sự cố định đạm trên rễ lúa trồng ở đất ngập nước. Các vi sinh vật cố định
đạm rất đa dạng (hiếu khí, kỵ khí không bắt buộc, dị dưỡng, quang dưỡng) được tìm thấy trong hệ sinh thái lúa ngập nước mà nó có vai trò đóng góp đạm cho đất. Hệ
thống cố định đạm sinh học (BNF) chính trong đất lúa ngập nước bao gồm (khuẩn lam, vi khuẩn quang tổng hợp, vi khuẩn dị dưỡng).
Những nghiên cứu được thực hiện ở những vùng khác nhau trên thế giới đã cho thấy một lượng đạm có nguồn gốc từ không khí (%Ndfa) qua cốđịnh đạm là 0– 35% trong cây lúa. Phương pháp ARA và phương pháp nghiên cứu cân bằng N15đã cho thấy sựđóng góp của cố định đạm kết hợp với rễ lúa là khoảng 29% của đạm trên cây lúa (Watanabe et al, 1977).
1.4.2 Sử dụng phương pháp khử acetylene (ARA= Acethylene Reduction Assay) trong xác định khả năng cốđịnh đạm sinh học