Ở châu Á, năng suất lúa vẫn còn khác biệt rất lớn giữa các nước. Những nước có năng suất cao như Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc đạt 7- 8 tấn/ha, các nước có năng suất trung bình như Indonesia, Philipines, Việt Nam đạt khoảng 5-6 tấn/ha và vẫn còn nhiều nước có năng suất lúa thấp như Campuchia, Nepal, Pakistan, dưới 4 tấn/ha. Sự khác biệt lớn về năng suất chủ yếu do 4 nguyên nhân sau đây: (1) Sâu bệnh, (2) Bón phân mất cân đối, (3) Không đủ nước tưới và (4) Môi trường bị thoái hóa do sử dụng vật tư nông nghiệp kém phẩm chất và không đúng hướng dẫn (Dobermann and Fairhurst, 2000)[68].
Yêu cầu sinh thái của cây lúa được nhiều tác giả nghiên cứu, về nhiệt độ: Mức độ ảnh hưởng cao hay thấp, mạnh hay yếu tùy thuộc vào giống và giai đoạn sinh trưởng, phát triển. Ở giai đoạn sinh trưởng đầu, nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình đẻ nhánh, qua đó ảnh hưởng đến số bông/m2, ở giai đoạn sau nhiệt độ ảnh hưởng đến phân hóa đòng, nở hoa, thụ tinh, tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[20]. Nhu cầu ánh sáng của lúa ở các giai đoạn sinh trưởng là khác nhau. Quan hệ giữa lượng bức xạ mặt trời ở thời kỳ sinh trưởng sinh thực với năng suất là tương quan thuận. Lúa yêu cầu nhiều nước, theo Goutchin để tạo ra một đơn vị thân lá lúa cần 400-450 đơn vị nước, 300-350 đơn vị nước cho một đơn vị hạt lúa. Lượng nước cần thiết cho cây lúa trung bình 6-7 mm/ngày trong mùa mưa,
8-9mm/ngày vào mùa khô. Những vùng có lượng mưa trên 1000 mm trong 5-6 tháng đều trồng được lúa. Lúa có thể thích nghi và trồng được trên nhiều loại đất có độ pH, độ mặn, thành phần cơ giới khác nhau. (Lê Thiếu Kỳ, 1995)[29].
Từ năm 1994 đến nay, ngoài các đề tài nghiên cứu khoa học trong nước thuộc các Chương trình khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ (Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ Giáo dục và Đào tạo) liên quan đến hệ thống các biện pháp kỹ thuật thâm canh, tăng vụ, chuyển đổi cơ cấu cây trồng trên vùng đất lúa nhằm mục tiêu tăng năng suất, sản lượng và chất lượng lúa gạo, còn có các chương trình, đề tài hợp tác với các tổ chức quốc tế như: Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), Viện Lân và Kali (PPI), Viện Lân và Kali Canada (PPIC) để đạt mục tiêu bón phân cân đối cho lúa ở các vụ trồng lúa khác nhau trong cơ cấu cây trồng trong năm. Bón phân theo nhu cầu của cây lúa được Viện lúa Quốc tế (IRRI) nghiên cứu trong suốt 15 năm qua. Các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Philippines, Thái Lan, Việt Nam cũng đã và đang tích cực tham gia vào chương trình nghiên cứu này (Buresh, 2010)[61]. Những năm gần đây Việt Nam đã áp dụng các qui trình công nghệ tiên tiến sản xuất lúa gạo của nước ngoài nhằm tăng năng suất lúa ở Việt Nam.
Kết quả tổng kết của FAO trên phạm vi toàn thế giới cho thấy có ít nhất 10 nguyên nhân chính làm giảm hiệu lực phân bón, trong đó bón phân cân đối giữ vai trò quan trọng nhất. Trên nền có bón phân khoáng, hiệu suất 1 tấn phân hữu cơ đạt 53-89 kg thóc tùy theo loại đất và mùa vụ, còn trên nền không có phân khoáng, chỉ số này chỉ đạt 32-52 kg thóc. Phân hữu cơ làm tăng hiệu quả sử dụng phân lân. Bón phân hữu cơ nhất là phân chuồng có chất độn rơm rạ còn làm giảm đáng kể lượng kali cần bón, do hàm lượng kali trong rơm rạ cao, đạt từ 1,5 – 1,7% K2O. Trên đất phèn, giá
trị hiệu lực tương hỗ N-P có thể đạt trên 2 tấn thóc/ha. Trên đất cát biển, đất bạc màu, giá trị tương hỗ N-K và NP-NPK đạt tương ứng 1,0-1,5 tấn thóc/ha. Yếu tố mùa vụ cũng ảnh hưởng đến hiệu lực của phân bón, cần bón kali vụ Đông Xuân nhiều hơn vụ Mùa. Việc bón phân cân đối đạm - kali và vô cơ - hữu cơ ngoài tác dụng tăng năng suất còn có ý nghĩa lớn là tăng khả năng chống chịu sâu bệnh, bón không cân đối làm cho sâu bệnh phát triển nhiều hơn (Nguyễn Văn Bộ, 2003)[5].
Theo kết quả điều tra của Nguyễn Văn Bộ và ctv (1998)[4] cho thấy các hộ nông dân ở các tỉnh đồng bằng sông Hồng có mức đầu tư phân bón cho lúa cao hơn so với các vùng khác, cụ thể tỉnh Nam Định mức đầu tư phân bón cho lúa Xuân/ha là 138,8 kg N + 74,1 kg P2O5 + 50,6 kg K2O. Mức bón trung bình ở các tỉnh khác cho 1 ha là 100 kg N + 59 kg P2O5 + 30 kg K2O. Tỷ lệ bón N:P2O5:K2O cho lúa trên đất cát biển năm 1992 là 1:0,49:0,18, đến năm 1998 là 1:0,45:0,53. Như vậy tỷ lệ bón kali đã thay đổi và cải thiện đáng kể, đã đảm bảo tính cân đối giữa các yếu tố N, P, K hơn.
Nghiên cứu liều lượng phân bón cho lúa lai trên đất phù sa sông Hồng (Nguyen Tri Hoan et al, 1998)[74] kết quả cho thấy với liều lượng phân N là 180 kg N/ha trong vụ Đông Xuân và 150 kg N/ha vụ Mùa cho năng suất lúa lai cao nhất, tuy nhiên bón 150 kg N (vụ Đông Xuân) và 120 kg N (vụ Mùa) + 90 kg K2O + 60 kg P2O5 + 10 tấn phân chuồng/ha cho năng suất và hiệu quả cao nhất, trên đất bạc màu 10 tấn phân chuồng và 120N + 90P2O5 + 60K2O/ha (nếu không có 10 tấn phân chuồng thì bón 120 K2O) cho hiệu quả kinh tế cao nhất. Nghiên cứu thay đổi liều lượng phân kali, kết quả cho thấy trên đất phù sa sông Hồng giàu kali, khi bón 150-210 kg K2O/ha cho năng suất lúa lai và lúa thuần cao nhất, nhưng để đạt hiệu quả kinh tế nhất nên bón 120 kg K2O/ha. Tác giả cũng tiến hành nghiên cứu mối quan hệ giữa N và K, kết quả cho thấy hiệu lực của phân kali tăng khi bón N tăng (150 N/ha),
hiệu quả thể hiện rõ khi bón trên đất nghèo kali, cụ thể không bón kali năng suất lúa đạt 42,1 tạ/ha, hiệu quả 4-8 kg thóc/1 kg N. Khi bón 120 kg K2O/ha năng suất đạt 60,3 tạ/ha, hiệu quả tăng 7-13 kg thóc/ 1 kg N.
Hiệu quả bón phân đạm ở lúa lai cao hơn lúa thuần, hiệu quả bón đạm vụ Xuân cao hơn vụ Mùa. Nghiên cứu hiệu quả bón phân kali và phân chuồng, kết quả nghiên cứu trên 3 loại đất: phù sa, bạc màu và đất trũng cho thấy lúa lai mẫn cảm với kali hơn lúa thuần. Tuy nhiên, liều lượng kali chỉ nên bón cao nhất là 120 kg K2O/ha. Trên đất bạc màu kali trở thành nguyên tố hạn chế năng suất đứng hàng đầu trên cả đạm và lân. Đất bạc màu vốn nghèo hữu cơ do vậy phân chuồng có vị trí đặc biệt. Kết quả cho thấy dù bón cân đối NPK song không có phân chuồng thì cũng không thể đạt năng suất cao. Hiệu suất bón phân chuồng đạt 28-49 kg thóc (với lúa lai) và 23-25 kg thóc với lúa thuần (Nguyễn Ngọc Kính và cộng sự, 1995) [28].
Ngoài những nghiên cứu về giống, các nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật canh tác lúa lai cũng được tiến hành, như kỹ thuật làm mạ, gieo thẳng, sạ,.. hệ thống canh tác lúa SRI cũng được áp dụng mạnh mẽ. Theo Bùi Văn Hùng (2006) [26] áp dụng hệ thống SRI trong canh tác lúa ở Nghệ An làm rút ngắn thời gian sinh trưởng lúa, tăng khả năng đẻ nhánh và số bông/m2, tăng chỉ số diện tích lá và tích lũy chất khô ở các thời kỳ trước trỗ, sau trỗ và chín, đặc biệt là tiết kiệm đến trên 40% lượng nước tưới. Chế độ nước theo SRI như sau: Khi cấy làm đất kỹ như gieo mạ, sau khi cấy và trong suốt 2 tháng đầu không tưới ngập ruộng, chỉ tưới nước trước khi làm cỏ, duy trì ẩm độ đất bão hòa, từ giai đoạn đứng cái đến chín sữa tưới ngập 1-2cm, sau đó tháo khô ruộng.
Ở Việt Nam lúa lai được gieo cấy theo 3 phương thức: Mạ dược cấy sâu tay, mạ dược cấy nông tay và gieo thẳng hốc. Qua nghiên cứu theo dõi
phương pháp gieo mạ dược sau đó xúc rồi cấy nông tay cho kết quả tốt nhất, năng suất tăng trên 1 tấn/ha. Nghiên cứu bước đầu ở đồng bằng sông Cửu Long cho thấy giống lúa ƯTL2 cho năng suất cao nhất 57,8 tạ/ha ở mật độ 25 x 30cm cao hơn có ý nghĩa ở mật độ 15 và 20 x 20 cm. Vụ Đông Xuân 1992- 1993 với lượng giống 20, 30, 40 và 50 kg/ha áp dụng 3 phương pháp sạ hàng, sạ theo hốc và sạ vãi như điều kiện của nông dân. Kết quả cho thấy năng suất không khác biệt cho dù gieo sạ 20 kg hoặc 50 kg/ha, kiểu gieo cũng không ảnh hưởng tới năng suất (Nguyễn Ngọc Kính và cộng sự, 1995)[28].
Theo Quách Ngọc Ân (1994)[1] về kỹ thuật mạ cho lúa lai cần thực hiện đồng bộ các khâu thâm canh mạ, gieo mạ thưa (330kg thóc giống/ha mạ) gieo trên nền đất bột có tưới ẩm, đảm bảo mạ 3-4 lá sẽ có 50-60% dảnh mạ có “ngạnh trê” và 1 hecta ruộng cấy chỉ sử dụng hết 22 – 27kg thóc giống. Về mật độ, ruộng có năng suất cao cần trên 300 bông/m2 với 140-150 hạt chắc/bông.
Kết quả nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (2006)[51] về tác dụng mật độ sạ tại Duyên hải Nam Trung bộ, với liều lượng 80 và 120 kg giống/ha cho thấy gieo sạ ở mật độ 80 kg giống/ha là hiệu quả kinh tế hơn so với sạ 120 kg giống/ha. Lượng phân bón trung bình 120N + 61 P2O5 + 48,7 K2O/ha, ứng với tỷ lệ 1:0,56:0,4 (vụ Đông Xuân); 130N+72P2O5+51 K2O vụ Hè Thu, ứng với tỷ lệ 1:0,65:0,41 với mức bón này năng suất lúa thu được từ 52,4 – 64,7 tạ/ha.
Theo Quách Ngọc Ân và cộng sự (1995)[2] kinh nghiệm của Trung Quốc cho thấy với cùng một mức năng suất, lúa lai hấp thu lượng đạm và lân thấp hơn lúa thuần, nhưng lượng kali hấp thu nhiều hơn lúa thuần rõ rệt. Để khai thác mức cao nhất ưu thế lai của lúa cần phải chú ý kỹ thuật bón phân như: bón phân đạm một cách hợp lý, tăng cường bón phân kali, bón cân đối NPK. Ở đồng bằng sông Hồng, đất có hàm lượng kali cao (0,9- 2,34%) khi bón phân chuồng trên 10 tấn/ha thì hiệu lực kali không rõ, trái
lại phân kali có tác dụng cao ở các loại đất thiếu kali như đất bạc màu, thì hiệu quả bón kali rất cao. Khuyến cáo tỷ lệ bón cân đối NPK là 1:0,5:0,5, nhưng để đạt năng suất trên 3 tấn/ha nên sử dụng 1:0,5:0,8.
Lúa lai có đặc điểm cần nhiều kali, đặc biệt là sau thời kỳ trỗ bông đều vẫn tiếp tục hấp thu nhiều phân kali. Do đó, việc bón tăng thêm phân kali, áp dụng phương pháp cày đập rạ, trả lại rơm rạ cho đất được coi là một trong những biện pháp giành năng suất cao trong kỹ thuật trồng lúa lai (Nguyễn Thái Sơn, 1991)[44].
Nghiên cứu khả năng chống chịu của lúa lai trên đất phèn, tác giả Hoàng Quốc Chính (2012) [11] kết luận: lúa lai có khả năng hấp thu lân cao, tích lũy dinh dưỡng cao, sinh khối thân, lá, rễ cao hơn các giống lúa thuần, lúa ưu thế lai chống chịu tốt hơn lúa thuần. Trên đất phèn Thái Bình, bón phân với lượng 120N + 90P2O5 + 90 K2O/ ha thì giống lúa lai F1 cho năng suất và hiện quả cao nhất.
Kết quả tổng kết mô hình thâm canh lúa cao sản tại tỉnh Nam Định 2004-2005, áp dụng theo quy trình của Trung Quốc, mô hình được thực hiện trên đất phù sa sông Hồng tại hợp tác xã nông nghiệp Xuân Kiên, Xuân Trường, Nam Định trong vụ xuân 2005. Giống thí nghiệm là 2 giống lúa lai My Sơn 2 và My Sơn 4. Mô hình quy mô 0,5 ha do chuyên gia Trung Quốc thực hiện và 50 ha do chuyên gia Việt Nam thực hiện có điều chỉnh quy trình của Trung Quốc cho phù hợp. Điều đặc biệt theo quy trình của Trung Quốc sử dụng 60 tấn phân chuồng/ha. Mức bón đạm không cao hơn so với khuyến cáo, song mức bón lân cao gấp 1,5 lần (124 kg P2O5/ha) và kali cao gấp 4-5 lần (329 kg K2O/ha), tỷ lệ N:P2O5:K2O là 1:0,44:1,17 (kali cao hơn đạm), trong khi tỷ lệ này theo khuyến cáo là 1:0,5:0,3. Đặc biệt hơn nữa phân đạm bón tới 7 lần (theo khuyến cáo là 3 lần), trong đó 6 lần bón thúc đẻ và 1 lần bón nuôi hạt, không bón lót. Với bón thúc đẻ chỉ bón khi
nhiệt độ trên 15oC và có chiều hướng ổn định trong vài ngày. Mỗi một lá bón thúc 1 lần, bón nhẹ khi lúa 3-4 lá và 6-7 lá, bón nặng khi lúa 5-6 lá. Hoàn thành bón đạm thúc đẻ khi lúa 7 lá. Kết quả mô hình của chuyên gia Trung Quốc đạt 130 tạ/ha. Như vậy tiềm năng năng suất vụ lúa Xuân rất lớn, năng suất tối đa đã đạt đến 130 tạ/ha, so với đại trà địa phương cao hơn 52,3 tạ/ha (67,3%). Mô hình của chuyên gia Việt Nam có nền phân: 30 – 35 tấn phân chuồng + 500-550 kg Urê + 650-700 kg Super lân + 350-400 kg Kali clorua (tương ứng với 230-253 kg N + 110-120 kg P2O5 + 175-200 kg K2O, tỷ lệ 1:0,48:0,76), cho năng suất 91,8-122 tạ/ha, bình quân 95,7 tạ/ha, cao hơn sản xuất đại trà 23,1% (Sở Nông nghiệp và PTNT Nam Định, 2006)[37].
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng đạm, lân, kali lên sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa trên đất phù sa sông Hồng, áp dụng kỹ thuật ô khuyết, tính toán lượng phân N, P, K theo yêu cầu của cây cho từng vùng chuyên biệt (SSNM). Liều lượng bón cho lúa lai vụ Xuân: 150N + 60P2O5 + 90K2O + 2 tấn phân hữu cơ sinh học PB05, vụ mùa là 120N + 45P2O5 + 72K2O + 2 tấn phân hữu cơ sinh học PB05. Kết quả cho thấy: Bón thiếu 1 trong 3 yếu tố dinh dưỡng đạm, lân và kali chưa làm giảm năng suất trong vụ Xuân, nhưng làm giảm rõ năng suất lúa trong vụ mùa (Thiếu đạm năng suất lúa lai giảm 8,10%, thiếu lân giảm 8,13%, thiếu kali giảm 6,44%). Bón phối hợp hữu cơ với đầy đủ các yếu tố dinh dưỡng đạm, lân và kali tăng năng suất rất rõ trong vụ mùa so với chỉ bón đầy đủ đạm, lân và kali ở dạng phân khoáng, năng suất lúa lai tăng 9,66% (Trường cao đẳng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Bắc bộ, 2012)[49].