ðạm là chất cấu tạo nên prôtit, là cơ sở của sự sống, không có ñạm vạn vật không sống ñược, thiếu ñạm cây trồng sinh trưởng còi cọc, ñẻ nhánh kém, ít phát triển mầm non, phân cành ra lá kém, lá nhỏ, quang hợp kém từñó ra hoa kết quả muộn, ít hoa, ít quả dẫn tới năng suất giảm hoặc không có thu hoạch [40].
Lúa là loại cây trồng có yêu cầu cao về dinh dưỡng ñạm, chúng hấp thụ ñạm trong suốt thời kỳ sinh dưỡng. Sự hấp thụñạm tăng dần theo tuổi của cây, cho ñến khi xuất hiện lá dưới lá ñòng thì giảm xuống rất nhanh. Sự ñói phân ñạm làm cho cây lúa sinh trưởng chậm, lá bị vàng, giảm năng suất quang hợp, ñẻ nhánh kém, bông ngắn, hạt lép nhiều và cuối cùng là năng suất và chất lượng hạt giảm.
Tại Viện nghiên cứu lúa toàn Liên bang (Liên Xô cũ), các nhà khoa học ñã nghiên cứu tác ñộng của phân ñạm ñến năng suất và chất lượng hạt lúa tuỳ thuộc vào liều lượng và thời gian bón. Các kết quả nghiên cứu ñã chỉ ra rằng năng suất hạt tăng dần với sự tăng lượng ñạm bón. Hiệu quả nhất là bón với lượng 150 - 210 kgN/ha. Sự tăng năng suất có thể ñạt ñược từ 10,4 - 33,9 tạ/ha. Khi bón rải phân ñạm thì sự tăng năng suất cao nhất (18,9 tạ/ha) ñạt ñược trong trường hợp bón ñạm làm hai ñợt với liều lượng 60 kg/ha trước khi gieo và ở giai ñoạn mạ.
Khi bón tăng hàm lượng ñạm cho lúa thì cường ñộ quang hợp, cường ñộ hô hấp, hàm lượng diệp lục tổng số ñều tăng lên. Nhịp ñộ quang hợp và hô hấp không khác nhau nhiều nhưng cường ñộ quang hợp tăng mạnh hơn cường ñộ hô hấp gấp 10 lần cho nên vai trò của ñạm làm tăng tích luỹ chất khô [30].
làm tăng năng suất lúa. Với phương pháp bón ñạm (bón tập trung vào giai ñoạn ñầu và bón nhẹ vào giai ñoạn cuối) của Việt Nam vẫn cho năng suất lúa cao [23], [79], [65].
Các nghiên cứu ảnh hưởng của mật ñộ cấy và ảnh hưởng của liều lượng ñạm tới sinh trưởng của giống lúa ngắn ngày thâm canh cho thấy: Tăng liều lượng ñạm bón ở mật ñộ cấy dày có tác dụng tăng tỷ lệ nhánh hữu hiệu [17].
Trên ñất phù sa sông Hồng bón ñạm với mức 180 kgN/ha trong vụ xuân và 150 kgN/ha trong vụ mùa cho lúa lai vẫn không làm giảm hiệu quả so với mức khác [36].
Phân lân cần cho cây lúa vào giai ñoạn ñầu của sự phát triển như ra mầm non, ñẻ nhánh phân cành, ra hoa, ñậu quả và phát triển bộ rễ. Nếu thiếu lân cây lúa sẽ bị còi cọc, sự trao ñổi ñạm bị phá huỷ và hệ rễ phát triển kém.
Trên ñất phù sa sông Cửu Long ñược bồi hàng năm, bón lân vẫn có hiệu quả rõ rệt. Vụñông xuân bón 20 kg P2O5/ha ñã tăng năng suất ñược 20% so với công thức không bón lân. Tuy nhiên bón thêm với liều lượng cao hơn, năng suất lúa có tăng nhưng không rõ cho nên ruộng thâm canh thường ñược bón phối hợp từ 20 - 30 kg P2O5 là ñủ. Trong vụ hè thu, cây lúa có nhu cầu lượng lân cao và hiệu quả xuất hiện rõ hơn vụ xuân. Bón 20 kg P2O5 thì ñã bội thu ñược 43,7%, tiếp tục bón tăng lân năng suất lúa tăng nhưng không rõ [31].
Tất cả các thí nghiệm trong chậu và ngoài ñồng ñều cho thấy hiệu suất sử dụng phân lân ở lúa lai là 10 - 12 kg thóc/kg P2O5 và lúa thuần là 6 - 8 kg thóc/kg P2O5 [23].
Trong vụ xuân bón lân cho lúa từ 30 - 120 kg P2O5/ha làm tăng năng suất từ 10 - 17%. Với lượng 90 kg P2O5/ha thì ñạt năng suất cao nhất và nếu bón hơn liều lượng 90 kg P2O5/ha thì năng suất có xu hướng giảm. Trong vụ hè thu với giống lúa VM1 bón supe lân hay lân nung chảy ñều làm năng suất tăng rõ rệt [3].
Kali xúc tiến sự tạo thành protit ñể hình thành tế bào mới, giúp cho cây ñẻ nhánh, ñâm cành nảy lộc nhanh [40].
Kali ñược sử dụng trong nguyên sinh chất tế bào như một tác nhân kích thích các hoạt ñộng chuyển hóa vật chất vô cơ thành hữu cơ, ñồng thời thúc ñẩy quá trình vận chuyển sản phẩm quang hợp lên lá, vào hoa và hạt. Sự có mặt của kali thời kỳ sau trỗ của lúa lai là một ưu thế thúc ñẩy quá trình mẩy của hạt giúp nâng cao năng suất lúa. Lúa lai có khả năng ñồng hóa dinh dưỡng cao nhất ñối với ñạm và kali. Lượng ñạm hút thường là 20 – 22 kg N/tấn thóc và lượng hút kali cũng tương tự. Trong vụ xuân, ñể ñạt năng suất cao cần phải bón sớm. Bón kali là yêu cầu bắt buộc ñối với lúa lai ngay cả trên ñất giàu kali [3].
Nếu thiếu kali, ñặc biệt ở giai ñoạn mạ lá lúa sẽ sinh trưởng chậm và khả năng ñẻ nhánh của cây lúa giảm ñi rõ rệt.
Lúa là cây trồng rất nhạy bén với việc bón thúc, vì vậy nên dành 2/3 lượng phân vô cơ ñể bón thúc cho lúa.
Tại trại thí nghiệm lúa toàn Liên Bang (Liên Xô cũ), năng suất lúa khi không bón phân ñạt 33,6 tạ/ha, khi bón 90 kg N - 90 kg P2O5 - 90 kg K2O/ha trước khi gieo, năng suất ñạt 44,2 tạ/ha còn khi bón 90 kg N - 90 kg P2O5 - 90 kg K2O/ha trước khi gieo và 30 kg N - 30 kg P2O5 - 20 kg K2O/ha vào giai ñoạn mạ thì năng suất ñạt tới 55,5 tạ/ha.
Nhiều thí nghiệm ở khu vực Ucraina và Cuban ñã chứng tỏ rằng sự tăng năng suất lớn nhất từ phân ñạm ñạt ñược khi bón tất cả liều lượng trước khi gieo hoặc 2/3 trước khi gieo và 1/3 bón thúc vào giai ñoạn lúa ñẻ nhánh. Nếu dành tất cả lượng phân ñạm ñể bón thúc thì hiệu quả sẽ không cao.
Hiệu quả của phân lân ñạt cao nhất khi bón lót toàn bộ. Bón thúc phân lân cho lúa không cho tăng năng suất.
Nếu áp dụng 3 lần bón phân ñạm với liều lượng như nhau vào các thời ñiểm: trước khi gieo, lúa bắt ñầu ñẻ nhánh và vào giữa giai ñoạn ñẻ nhánh thì hiệu quả không cao hơn so với khi bón toàn bộ lượng phân ñạm trước khi gieo. Dùng toàn bộ lượng phân ñạm ñể bón thúc thì tỷ lệ hạt lép sẽ rất cao và ñó chính là nguyên nhân làm giảm năng suất lúa.
Cây lúa hấp thụ chất dinh dưỡng nhiều nhất vào giai ñoạn ñẻ nhánh và làm ñòng.
Sự hấp thụ ñầy ñủ phân vô cơ với tỷ lệ N : P : K thích hợp và trong ñiều kiện thuận lợi có thể cho 12 - 15 kg hạt/1 kg chất dinh dưỡng và 1 kg phân ñạm có thể cho tăng năng suất tới 25 - 30 kg hạt.
Sử dụng phân bón với liều lượng thích hợp và tỷ lệ N : P : K là 1 : 0,6 : 0,4 ñã cho kết quả rất tốt. Mỗi kg NPK có thể cho tăng năng suất tới 10 kg thóc/ha, có nghĩa là ñể tăng năng suất hạt tới 10 tạ/ha cần bón 100 kg NPK (50 kg N, 30 kg P2O5 và 20 kg K2O). Tương tự như thế, nếu lượng dinh dưỡng trong ñất có khả năng ñảm bảo năng suất 30 - 35 tạ/ha thì ñể ñạt ñược năng suất 60 - 70 tạ/ha cần phải bón thêm 120 - 180 kg N, 80 - 100 kg P2O5 và 50 - 70 kg K2O/ha.
Tại Nhật Bản, sau nhiều năm nghiên cứu và thí nghiệm các nhà khoa học ñã chứng minh rằng nếu coi năng suất lúa trong trường hợp bón ñầy ñủ phân vô cơ (ñủ thành phần NPK) là 100% thì khi không bón phân kali năng suất giảm 4%, không bón lân năng suất giảm 5% và không bón ñạm năng suất giảm 17% (Wada, 1969) [80].
Nghiên cứu về tác ñộng của phân ñạm ñối với cây lúa, Tanaka A, 1965 [61] và Takahashi J, 1969 [77] ñã ñưa ra kết luận: phân ñạm làm tăng hàm lượng diệp lục trong lá, tăng hiệu suất quang hợp, tăng diện tích bề mặt lá, tăng tích lũy chất khô và cuối cùng là tăng năng suất hạt.
Khi sử dụng phân ñạm hợp lý năng suất lúa ñược tăng lên nhờ tăng số dảnh hữu hiệu, tăng chiều dài bông, tăng số hạt trên bông và tăng khối lượng 1000 hạt (Yoshida, 1972) [82].
Trên ñất phù sa sông Hồng, thâm canh lúa ngắn ngày ñể ñạt ñược năng suất lúa hơn 5 tấn/ha ở vụ mùa và trên 6 tấn/ha ở vụ xuân nhất thiết phải bón kali. ðểñạt năng suất lúa xuân 7 tấn/ha thì cần bón 102 - 135 kg K2O/ha/vụ (với mức 193 kgN/ha + 120 kg P2O5/ha/vụ) và năng suất vụ mùa ñạt 6 tấn cần bón 88 - 107 kg K2O/ha/vụ (với mức 160 kg N + 88 kg P2O5/ha/vụ). Hiệu suất phân kali có thểñạt tới 6,2 - 7,2 kg thóc/kg K2O [17], [31].
Như vậy, sử dụng phân bón hợp lý làm tăng năng suất và sản lượng cây trồng, tăng hiệu quả kinh tế là cách thông minh nhất của nhân loại. Giữa năng suất và chất lượng sản phẩm có mối liên hệ theo phương trình bậc hai. ðiều ñó có nghĩa là khi tăng lượng phân bón thì năng suất tăng lên và cũng làm tăng chất lượng. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng lượng phân bón, nhất là phân bón hóa học quá ngưỡng ñã làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng, gây ảnh hưởng không tốt ñến môi trường, nhất là môi trường ñất [54].