Pertanian intensif jangka panjang mengurangi kesuburan tanah dan kemampuan untuk mendukung pertumbuhan populasi. Perubahan iklim dapat memperburuk kerusakan tanah, dan pengembangan praktik pertanian berkelanjutan memerlukan perhatian khusus.
Berbagai strategi telah diterapkan untuk memulihkan dampak yang tidak diinginkan terhadap kesuburan tanah serta untuk memitigasi perubahan iklim. Tanah ‘terra preta’, dengan struktur fisik berpori, merupakan alat potensial untuk mitigasi perubahan iklim dan meningkatkan produktivitas pertanian secara berkelanjutan. Bahan organik tanah terra preta terdiri dari hingga 35% karbon hitam yang merupakan komponen utama biochar, yaitu arang yang dihasilkan dari limbah biomassa nabati. Oleh karena itu penggunaan biochar menjadi menarikkarena dapat memperbaiki sifat fisik tanah dengan mendukung agregasi tanah,aerasidan retensi air.
Telah diamati bahwa biochar berpotensi menyerap karbon ke dalam pori-porinya. Selain itu, hal ini mengurangi emisi N2O tanah, menyeimbangkan tingkat pH di tanah masam dan meningkatkan retensi unsur hara. Biochar telah terbukti memberikan efek positif terhadap retensi nutrisi, meningkatkan kapasitas pertukaran kation (KTK) dan kapasitas menahan air,dan aktivitas mikroba dan mikoriza tanah. Dengan demikian penambahan biochar (10%) dengan urea meningkatkan efisiensi penggunaan nitrogen (NUE) pada tanaman gandum.Peneliti mengamati bahwa biochar yang mengandung P meningkatkan bioavailabilitas P dalam tanah dan tanaman. Terakhir, peningkatan serapan Si oleh tanaman juga dipicu oleh penambahan biochar yang dicampur dengan KOH (10%).
Telah diamati peningkatan produksi biomassa pada tanaman Zea mays yang diberi biochar sabut kelapa. Selain itu, biochar bambu juga menginduksi pertumbuhan dan nodulasi pada kedelai. Selain itu, biochar telah diterapkan untuk manajemen stres, sehingga memperbaiki efek stres yang merugikan pada pertumbuhan tanaman. Misalnya, tanaman bunga matahari meningkatkan biomassanya dalam kondisi kekurangan air setelah pengolahan biochar, melalui peningkatan efisiensi penggunaan air. Di tanah yang terkontaminasi, biochar menghasilkan perubahan yang efisien untuk memperbaiki fisiologi tanaman dalam kondisi tekanan logam. Namun, peneliti menunjukan bahwa pengaruh biochar terhadap produktivitas pertanian bergantung pada spesies tanaman atau bagian tanaman yang ditargetkan. Mereka menunjukkan bahwa penerapan biochar pada 14 ton ha−1 meningkatkan pertumbuhan vegetatif tanaman tomat, namun tidak meningkatkan hasil buah. Selain itu, pemberian biochar juga dapat mengakibatkan tertundanya pembungaan tanaman legum.
Meskipun banyaknya laporan mengenai manfaat biochar terhadap mikrobioma tanah atau pertumbuhan dan perkembangan tanaman, informasi mengenai dampak biochar terhadap senyawa bioaktif dalam tanaman masih kurang. Dalam sebuah laporan, biochar yang berasal dari pemangkasan pohon zaitun dikombinasikan dengan pupuk mineral meningkatkan kadar glukosinolat (GSL) pada tanaman brokoli. Peneliti mengamati bahwa kombinasi biochar dengan pupuk organik meningkatkan kadar flavonoid dalam sawi putih.Selain itu, tanaman selada yang ditanam di tanah yang cukup terkontaminasi tembaga, meningkatkan senyawa fenolik total dan antosianin setelah penambahan biochar yang berasal dari bahan baku pemangkasan kebun.
English