Đạm là thành phần chính cấu tạo nên các amino acid, protein và diệp lục. Thực vật hấp thu đạm dưới 2 dạng chính là Nitrate (NO₃^-) và Ammonium (NH₄⁺). Mỗi loại đạm có những ưu nhược điểm khác nhau đối với sự phát triển của cây trồng cũng như đất trồng/giá thể. Các nghiên cứu cho thấy rằng sử dụng cả hai loại đạm theo tỉ lệ thích hợp sẽ mang lại hiệu quả cao nhất. Để tối ưu sự hấp thu dinh dưỡng và tăng trưởng thực vật, mỗi loại cây trồng yêu cầu một tỉ lệ Ammonium/Nitrate khác nhau. Tỉ lệ này phụ thuộc vào nhiệt độ, giai đoạn sinh trưởng, pH vùng rễ và tính chất đất/giá thể.

NHIỆT ĐỘ

Sau khi được rễ hấp thu, đạm Ammonium và Nitrate cần trải qua quá trình đồng hóa để tạo nên vật chất cho thực vật (sinh khối)

Sự khử và đồng hóa Nitrate ở rễ cần nhiều năng lượng hơn so với Ammonium. Ví dụ ở lúa mạch, sự đồng hóa Nitrate cần tới 23% năng lượng cây tạo ra so với Ammonium chỉ cần 14%. Vì vậy, sự hấp thu Ammonium tăng lên khi nhiệt độ giảm (năng lượng giảm do cây giảm hô hấp), và ở dưới 5oC, hấp thu Ammonium vẫn có thể diễn ra, trong khi hấp thu Nitrate bị chấm dứt.

Sự đồng hóa Ammonium ở rễ tiêu thụ nhiều oxy hơn đồng hóa Nitrate và cần nguồn carbohydrate từ lá vận chuyển xuống để cung cấp khung C và năng lượng ATP. Khi nhiệt độ cao, cường độ hô hấp của cây tăng mạnh, tiêu thụ nhiều carbohydrate. Đồng thời, lượng oxy hòa tan cũng thấp hơn, dẫn đến không đủ cung cấp cho quá trình đồng hóa Ammonium ở rễ. Nếu cây trồng trong môi trường chỉ có nguồn đạm từ Ammonium, nhiệt độ cao (> 30^oC) có thể dẫn đến chết rễ.

Vì vậy, khi nhiệt độ thấp, tỉ lệ Ammonium cao cho hiệu quả tốt hơn. Ngược lại, ở nhiệt độ cao, tỉ lệ Nitrate cao mang lại nhiều lợi ích hơn.

TRỮ LƯỢNG CARBOHYDRATE

Cây trồng chứa nhiều carbohydrate như khoai lang, khoai tây,… ưa Ammonium hơn, và bón tỉ lệ Ammonium cao có thể mang lại hiệu quả tốt hơn. Ví dụ khoai tây phát triển tốt hơn ở tỉ lệ 3 Ammonium : 1 Nitrate, và do thích nghi với pH thấp, cung cấp Ammonium thúc đẩy sự phát triển của củ cho dù pH đất giảm. Ngược lại, cây trồng chứa carbohydrate thấp như bắp ngô, hướng dương ưa Nitrate hơn.

SỰ CHIẾU SÁNG

Sự hấp thu dinh dưỡng của thực vật là một quá trình tiêu tốn năng lượng, do đó mức độ hấp thu dinh dưỡng phụ thuộc vào nguồn cung năng lượng. Khi ánh sáng đầy đủ, cường độ quang hợp mạnh mẽ, cung cấp dồi dào năng lượng, sự hấp thu dinh dưỡng tăng.

Hấp thu Nitrate tiêu thụ nhiều năng lượng hơn Ammonium, do đó ảnh hưởng của ánh sáng lên hấp thu Nitrate mạnh mẽ hơn. Sự khử Nitrate cần Nitrate Reductase, mà hoạt động của enzyme này cần ánh sáng, nếu không đủ ánh sáng, hoạt động của nó sẽ suy giảm.

Ở điều kiện ánh sáng thấp, có thể xảy ra cạnh tranh giữa sự khử CO₂ và Nitrate ở lá. Tuy nhiên, trong điều kiện ánh sáng cao và sự hấp thụ ánh sáng quá mức (ức chế quang và quang oxy hóa), quá trình khử Nitrate ở lá không chỉ sử dụng bớt năng lượng dư thừa mà còn làm giảm căng thẳng do cường độ sáng cao.

SỰ THÔNG THOÁNG

Sự thông thoáng của đất trồng/giá thể ảnh hưởng cùng lúc lên sự hấp thu Ammonium và Nitrate của cây trồng. Đầy đủ oxy trong môi trường đất/giá thể thúc đẩy sự phát triển của bộ rễ, có lợi cho việc hấp thu Ammonium và Nitrate. Nếu thiếu oxy, sự hấp thu Ammonium bị ức chế, và rễ ưa hấp thu Nitrate hơn để cung cấp oxy đáp ứng cho nhu cầu của cây.

GIAI ĐOẠN SINH TRƯỞNG

Tỉ lệ Ammonium/Nitrate tối ưu khác nhau ở từng giai đoạn sinh trưởng của từng loại cây khác nhau. Tuy nhiên, có thể kết luận tương đối rằng, thực vật hấp thu Ammonium nhiều hơn ở giai đoạn cây con và Nitrate nhiều hơn ở giai đoạn trưởng thành, ra hoa tạo quả.

CHẤT TRỒNG

Khi cây hấp thu Ammonium (NH₄⁺), nó thải ra proton (H⁺) vào dung dịch đất. Hàm lượng proton quanh rễ tăng làm giảm pH vùng rễ. Ngược lại, khi cây hấp thu Nitrate (NO₃^-), nó hấp thu kèm proton (H⁺) khiến lượng proton quanh rễ giảm, làm tăng pH vùng rễ. Sự hấp thu Ammonium và Nitrate có thể làm thay đổi pH vùng rễ tới 2 đơn vị so với pH đất trồng. Điều này đặc biệt quan trọng khi trồng giá thể, nơi mà rễ dễ bị ảnh hưởng bởi pH môi trường vì thể tích của nó tương đối lớn so với thể tích giá thể. Để ngăn ngừa pH giá thể thay đổi quá nhanh, chúng ta cần giữ một tỉ lệ Ammonium/Nitrate thích hợp tùy thuộc vào giống cây trồng, nhiệt độ và giai đoạn phát triển.

Cần chú ý ở một số điều kiện nhất định, pH có thể không đáp ứng như mong đợi do quá trình nitrate hóa (chuyển đổi Ammonium thành Nitrate bởi vi khuẩn trong đất). Nitrate hóa là một quá trình diễn ra rất nhanh, và Ammonium thêm vào có thể bị chuyển đổi nhanh chóng và hấp thu dưới dạng Nitrate, do đó làm tăng pH vùng rễ thay vì giảm nó.

Bên cạnh đó, trong đất, Ammonium dễ dàng bị nitrate hóa còn Nitrate dễ bị rửa trôi và bị khử thành dạng khí. Cần thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng để xác định tỉ lệ Ammonium/Nitrate phù hợp cho từng loại cây trồng ở từng khu vực.

ĐỘ pH

Sự hấp thu Ammonium và Nitrate nhạy cảm với pH. Hấp thu Ammonium tốt nhất trong môi trường trung hòa và giảm khi pH giảm. Ngược lại, sự hấp thu Nitrate nhanh hơn khi pH thấp.