Cơ sở của việc xây dựng chế độ bón phân hợp lý là dựa vào nhu cầu dinh dưỡng của cây và khả năng cung cấp của đất, nhưng phải có phương pháp bón hợp lý.

Để có cơ sở cho việc bón phân hợp lý, ngoài việc xác định nhu cầu dinh dưỡng của cây, còn phải xác định khả năng cung cấp của đất.

Nhu cầu dinh dưỡng của  cây là lượng chất  dinh dưỡng  mà  cây cần qua các thời kỳ sinh trưởng để tạo thành một đơn vị năng suất. Nhu cầu dinh dưỡng có 2 mặt:

Cơ chế hóa sinh của quá trình cố định N₂  cho đến nay vẫn chưa được sáng tỏ hoàn toàn, nhưng đa số các nhà nghiên cứu đồng ý với giả thuyết cho rằng NH₃  là sản phẩm đồng hóa sơ cấp của N2  và có thể nêu ra giả thuyết về 2 con đường cố định N₂  của vi sinh vật sống tự do trong đất như sau :

Vai trò cố định N₂  quan trọng nhất thuộc về nhóm vi sinh vật cộng sinh. Hiện nay, người ta đã phát hiện được hơn 600 loài cây có vi sinh vật sống cộng sinh có khả năng đồng hóa N₂  thuộc nhiều họ khác nhau. Ở một số cây gỗ hoặc cây bụi nhiệt đới thuộc họ Rabiaceae, các nốt sần chứa vi khuẩn cố định N₂  không phải ở rễ mà ở trên lá.

Vi khuẩn lam thường sống ở các ruộng lúa vùng châu Á, tiêu biểu là các  loài  như  Aulosira  fertilissima  (Ấn  Độ),  Tolypothrix  (Nhật  Bản), Anabaena  azotica  (Trung  Quốc)...  

Dựa vào nhu cầu O₂  có thể phân biệt vi sinh vật cố định đạm sống tự do trong đất thuộc hai nhóm: nhóm hiếu khí và nhóm kị khí.

Ni tơ trong khí quyển tồn tại dới dạng khí N₂  và chiếm khoảng 79% thể tích không khí. Mặc dù sống trong "đại dương nitơ" nhưng thực vật nói chung không có khả năng đồng hóa trực tiếp được.