Keamanan pangan telah menjadi perhatian global bersama. Dengan pertumbuhan populasi yang pesat, yang diperkirakan akan mencapai 9,8 miliar pada tahun 2050, terdapat kebutuhan pangan yang sangat besar. Beras merupakan makanan pokok utama di Asia, dimana konsumsi per kapita diperkirakan meningkat dari 84,9 kg pada tahun 2012 menjadi 86,8 kg pada tahun 2024. Untuk meningkatkan produksi biji-bijian, penggunaan pupuk nitrogen (N) ditingkatkan. Misalnya, peningkatan kadar pupuk N sebesar ∼ 12% menghasilkan hasil gabah varietas padi super yang 11% lebih tinggi. Efisiensi penggunaan N rata-rata global adalah 59%, yang menunjukkan bahwa hampir 40–50% masukan N hilang. Namun, di Tiongkok, rata-rata efisiensi perolehan N relatif rendah dan berkisar antara 30 hingga 35% di seluruh area yang ditanami padi indica secara intensif. Hilangnya N memberikan tekanan pada lingkungan, menyebabkan pengasaman tanah, polusi air, dan emisi gas rumah kaca (GRK). Saat ini, memenuhi permintaan peningkatan produksi pangan sekaligus meminimalkan polusi udara dan air yang disebabkan oleh nitrogen melalui peningkatan perolehan N masih menjadi tantangan. Oleh karena itu, inovasi dan teknologi yang bertujuan untuk memahami pemulihan pupuk N dalam sistem padi diperlukan untuk menyediakan data guna efisiensi penggunaan N yang lebih tinggi.
Aplikasi biochar ke tanah dianggap sebagai cara yang efektif untuk mengurangi dampak negatif (misalnya, emisi GRK, limbah sumber daya air, dan degradasi tanah) dari produksi pertanian, dan mekanisme yang mungkin melibatkan penyimpanan karbon (C), meningkatkan kapasitas menahan air tanah, mengurangi kehilangan unsur hara, dan mengkondisikan N reaktif dalam sistem pertanian. Biochar adalah produk padat kaya karbon yang diperoleh melalui konversi pirolisis biomassa di lingkungan dengan oksigen terbatas. Biochar, bila diterapkan sebagai bahan pembenah tanah, dapat meningkatkan kesuburan dan kualitas tanah dengan memperbaiki sifat fisiko -kimia tanah; Efek biochar ini terutama disebabkan oleh luas permukaannya yang besar, pH yang tinggi, kandungan abu yang tinggi, muatan permukaan total, dan porositas yang tinggi. Oleh karena itu, Biochar semakin mendapat perhatian mengingat kontribusinya terhadap produksi pertanian termasuk mitigasi emisi GRK, perbaikan tanah, dan peningkatan hasil tanaman. Selain itu, biochar mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap penyimpanan C tanah dan konversi N.
Efek biochar bergantung pada sejumlah faktor, seperti karakteristik intrinsik dan kecepatan penerapannya. Suhu dan kondisi pirolisis mempengaruhi karakteristik biochar, yang mempunyai dampak tidak langsung terhadap sifat-sifat tanah , dan juga pertumbuhan tanaman. Misalnya, peneliti menunjukkan bahwa biochar suhu rendah (400 °C) meningkatkan kadar mineral N tanah dibandingkan biochar suhu tinggi (600 °C) karena struktur aromatik yang lebih stabil dan kandungan hidrogen (H) dan oksigen (O) yang lebih tinggi. Kandungan H dan O yang lebih tinggi dapat meningkatkan kapasitas pertukaran kation (misalnya, ion amonium) tanah, sedangkan struktur aromatik yang stabil bermanfaat untuk penyerapan dan transformasi N tanah. Namun, jika dibuat pada suhu 600 °C, biochar menurunkan kandungan H dan O. biomassa kering gandum, tidak seperti sampel yang dibuat pada suhu 800 °C . Selain itu, ditemukan bahwa suhu pirolisis menentukan pelepasan dan distribusi N dalam sistem tanaman-tanah oleh biochar. Oleh karena itu, suhu pirolisis biochar tampaknya memainkan peran penting dalam penyerapan nutrisi oleh tanaman. Berkenaan dengan emisi GRK, tinjauan yang diterbitkan oleh peneliti menunjukkan bahwa biochar akan efektif dalam memitigasi emisi N 2 O di lahan pertanian tertentu, namun dampaknya masih sangat tidak dapat diprediksi. Selain itu, sedikit yang diketahui tentang pengaruh suhu pirolisis dan laju aplikasi biochar terhadap fiksasi urea-N dan emisi N 2 O dalam sistem padi.
English