Bất kỳ lúa nước hay lúa trồng trên cạn muốn có năng suất cao đều cần nguồn dinh dưỡng rất lớn. Bón phân là một trong những biện pháp kỹ thuật được thực hiện khá phổ biến thường mang lại hiệu quả lớn nhưng cũng chiếm phần khá cao trong chi phí của sản xuất nông nghiệp. Cây trồng có yêu cầu với các chất dinh dưỡng ở những lượng và tỷ lệ nhất định, nếu thiếu một chất dinh dưỡng nào đó cây sinh trưởng phát triển kém, ngay cả khi các chất dinh dưõng khác dư thừa. Do đó cần bón hợp lý để đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao nhất.
Bón phân hợp lý và sử dụng phân bón thích hợp bón cho cây đảm bảo tăng năng suất cây trồng với hiệu quả kinh tế cao nhất, không để lại các hậu quả tiêu cực lên nông sản và môi trường sinh thái. Bón phân hợp lý là thực hiện 5 đúng: bón đúng loại phân; bón đúng lúc; bón đúng đối tượng; bón đúng thời tiết, mùa vụ; bón đúng cách
Ở Pakistan lúa là cây lương thực quan trọng, thí nghiệm trên đồng ruộng của người nông dân 2005 – 2007 cho thấy: trên nền 85 kg P2O5 + 62 K2O/ha, các mức đạm bón khác nhau đã ảnh hưởng đáng kể đến năng suất lúa thuần. Năng suất lúa cao nhất đạt được ở mức bón đạm 85 kgN/ha: 4,02 tấn/ha. Mức bón 115 kgN/ha cho năng suất lúa thấp hơn: 3,88 tấn/ha. Năng suất lúa giảm khi lượng đạm bón nhiều hơn 115 kgN/ha và ít hơn 85 kgN/ha.
Năng suất của bất kỳ cây trồng nào cũng là kết quả của hoạt động quang hợp và lượng dinh dưỡng hấp thu. Kết quả nghiên cứu về lúa lai tại Ấn Độ năm 2000 trên nền phân bón 120N + 60 P2O5 + 45 K2O cho thấy: Giống TNRH 16 có lượng chất khô tích lũy cao nhất (1164 g/m2), năng suất hạt 6470 kg/ha và ưu thế lai 28%, thấp hơn là giống DRRH 1 tương ứng là 1089 g/m2, 5750 và 19,5%. Lượng chất khô tích lũy ở các bộ phận trên cây là khác nhau: 14,35% ở rễ, 9,34% ở lá, 31,2% ở thân và 45% ở bông. Giống TNRH 16 hấp thu được lượng
dinh dưỡng đạm, lân, kali cao nhất tương ứng là: 144, 21 , 126 kg/ha, còn giống DNRH 1 hấp thu được ít hơn tương ứng là 134, 20, 97 kg/ha. Để tạo ra 100 kg hạt cần 1,7 - 2,4 kgN, 0,27 – 0,34 kg P2O5 và 1,0 – 2,1 kg K2O.
Theo Mai Văn Quyền (2002) tổng kết kinh nghiệm trên 60 thí nghiệm thực tiễn khác nhau ở 40 nước có khí hậu khác nhau đã cho thấy: nếu đạt năng suất 3 tấn thóc/ha, lúa lấy đi hết 50kgN, 26kgP2O5, 80kgK2O, 10kg Ca, 6kg Mg, 5kg S. Và nếu ruộng lúa đạt năng suất 6 tấn/ha thì lượng dinh dưỡng cây lúa cần lấy đi 100kgM, 50kg P2O5, 160kg K2O, 19kg Ca, 12kg Mg, 10kg S, lấy trung bình cứ tạo 1 tấn thóc lúa lấy đi hết 17kgN, 8kg P2O5, 27kg K2O, 3kg CaO, 2kg Mg và 1,7kg S. Thí nghiệm khác của M.P. Kavitha và Balasubramania năm 1999 – 2001 về ảnh hưởng của phân hữu cơ, đạm trên hai giống lúa lai ADTRH 1 và CORH 2 cho thấy: Bón phân hữu cơ làm tăng năng suất ở cả hai mức bón đạm 150 và 200 kgN/ha và lượng bón phân hữu cơ 10 tấn/ ha và 200 kgN/ha cho năng suất lúa lai cao nhất.
Thí nghiệm của Ying năm 1998 cho thấy: sự tích lũy đạm, lân ,kali ở các cơ quan trên mặt đất của cây lúa không kết thúc ở thời kỳ trỗ mà còn được tích lũy tiếp ở giai đoạn tiếp theo của cây. như Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Malaysia và các nước vùng Đông Nam Á. Trong Theo Yang năm 1990: Ở nhiều nước trên thế giới thường hay bón phân chuồng và phân ủ cho lúa để tăng độ phì nhiêu cho đất thời gian gần đây phân khoáng đã được dùng phổ biến và phân chuồng được dùng bón lót làm tăng năng suất lúa và tăng hiệu quả của phân khoáng.(Nguồn:Ying, J; Peng, S Yang, G; Zhou, N; Visperas; R.M.and Cassman, K.G, 1998, Cosparison of high-yield rice in tropical and subtropical environments. II. Nitrigen accumulation and utilization efficiency. Field crop Research. 57:85-93) .
M. Suganthi, P.Subbian và S. Marimuthu (2003), trường Đại học nông nghiệp Tamil Nadu, Ấn Độ cho biết: Đối với giống lúa lai ADTRH 1, năng suất
hạt tăng dần khi bón đạm với lượng từ 0-150 kg/ha và không có sự khác biệt về năng suất lúa ở mức 150 và 200 kg N/ha
Tại Viện nghiên cứu lúa Hyderabad của Ấn Độ. Thí nghiệm của các tác giả S.V. Subbaiah, R.M. Kumar và S.P. Sing nghiên cứu ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng và vai trò của NPK đối với lúa lai từ năm 1999 – 2001 đã cho kết quả như sau: với giống lúa lai ProAgro, năng suất lúa giảm khi mức đạm bón vượt quá 150 kg/ha. Các tác giả khi bón đạm và lân trên nền 50 kg K2O/ha trong 24 điểm nghiên cứu đã xác định được mức phân bón tối ưu cho mỗi ha là 120kg N + 60kg P2O5.
Hình 1.1. Lượng phân bón sử dụng ở một số quốc gia và châu lục trên thế giới năm 2010
Qua biểu đồ 2.2 cho thấy, Trung Quốc là nước sử dụng một lượng lớn phân bón chiếm 28% tổng lượng phân bón thế giới. Tiếp sau đó là Ấn Độ chiếm 14% tổng lượng phân bón được sử dụng thế giới. Điều đó được lý giải là vì Trung Quốc và Ấn Độ là 02 nước sản xuất lúa gạo lớn nhất thế giới với diện tích trồng lúa là 30,11 triệu ha (Trung Quốc); 42,56 triệu ha (Ấn Độ). Mặt khác, Trung Quốc là nước đi đầu trong phát triển lúa lai và siêu lúa lai nên sản lượng lúa đạt cao nhất thế giới 197,21 triệu tấn. Do đó, nhu cầu sử dụng phân bón cao trong sản xuất.
Theo M. Narayana, K. Surekha, Viện nghiên lúa Ấn Độ thì sự hút đạm và sử dụng đạm trong sản xuất lúa phụ thuộc chặt chẽ vào quan hệ hút đạm/ vận chuyển đạm/ đồng hoá và phân phối đạm trong cây lúa. Sự biểu hiện của quá trình này khác nhau ở các giống lúa khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành năm 2000 và 2001 ở 4 điểm khác nhau với 4 mức bón đạm: không bón, bón 50%, 100%, 150% so với mức khuyến cáo cho hai giống lúa lai (PHB 71, KRH 2) và giống lúa thuần. Kết quả cho thấy: năng suất của các giống theo mức tăng phân đạm là 5,3 – 6,7 tấn/ha vượt đối chứng 2,3 – 3,9 tấn/ha. Nhưng ở một trong 4 điểm thí nghiệm, năng suất chỉ đạt 4,2 tấn/ha khi mức bón trên 100%. Ở hầu hết các điểm năng suất lúa lai cao hơn lúa thuần 9 – 18%, chỉ có 1 điểm năng suất lúa thuần cao hơn. Giống lai PHB 71 cho biểu hiện cao nhất về hiệu quả sử dụng đạm, hiệu quả sinh lý, chỉ số thu hoạch. Các giống lai có chỉ số diện tích lá, tổng số hạt/bông, số hạt chắc/bông cao hơn lúa thuần. Như vậy, năng suất hạt cao do hiệu quả sử dụng đạm và có thay đổi ở các điều kiện sinh thái khác nhau.
Lúa lai cần lượng kali bón khoảng 50 – 60 kg/ha, khi bón kali 50% lúc đẻ nhánh và 50% bón khi phân hoá đòng, năng suất lúa lai tăng 12 – 30% so với lúa thuần và năng suất tăng 9% so với bón 100% kali vào lúc đẻ nhánh.
Còn khi thay đổi lượng đạm và kali bón trên nền lân cố định (60 kg/ha) thì cứ tăng 1 kg Kali hiệu quả tăng 1 kg hạt (mức bón 90 kg K2O/ha). Kali có vai trò quan trọng đối với năng suất lúa trong nền bón đạm thấp (90kg N/ha).
Theo Koyama năm 1981 và Sarker năm 2002 thì đạm là yếu tố xúc tiến quá trình đẻ nhánh của cây, lượng đạm càng cao thì lúa đẻ nhánh càng nhiều, tốc độ đẻ nhánh lớn nhưng lụi đi cũng nhiều.
Bên cạnh đó, bón đủ và cân đối đạm không những có tác dụng tăng diện tích lá, tăng khả năng đẻ nhánh mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng quang hợp và tích lũy chất khô, tạo năng suất hạt của cây lúa. Bón thúc đạm làm tăng lượng đạm trong lá (Mitsui, Nixihaki, 1940).
Khi làm thí nghiệm bón đạm sau khi lúa trỗ với cách bón một lần toàn bộ số lượng đạm và bón rải 5 lần (Honjyo, 1971) đã đưa ra kết luận: bón đạm nhiều lần rải rác làm giảm hàm lượng protein trong hạt gạo so với bón tập trung.
Theo kết quả của Nagai (1959), lân được hút trong 42 ngày đầu tiên sau cấy thì chuyển lên bông, có tác dụng rõ rệt đến năng suất lúa, còn lân được hút sau đó, phần lớn được ở rễ và trong rơm rạ.