Berkembangnya populasi global dan percepatan urbanisasi di negara-negara berkembang meningkatkan persaingan untuk tanah, air, dan sumber daya energi dan memperkuat keharusan untuk intensifikasi pertanian tanpa mengorbankan lingkungan untuk generasi mendatang. Untuk memberi makan populasi yang tumbuh dan urban ini, produksi pangan global harus meningkat sebesar ∼ 70%, memberikan tekanan tambahan pada sumber daya alam yang sudah ada di bawah praktik pengelolaan yang tidak berkelanjutan. Peningkatan produksi pangan global di masa lalu dicapai dengan intensifikasi yang difasilitasi oleh masukan besar-besaran pupuk nitrogen (N) sintetik yang pada akhirnya menimbulkan biaya lingkungan yang tinggi. Sejumlah besar N teraplikasi hilang dari lahan pertanian, yang dapat menyebabkan eutrofikasi ekosistem perairan, hilangnya keanekaragaman, dan peningkatan pencucian nitrat serta peningkatan produksi nitrogen oksida (NOx ), yang menyebabkan peningkatan fluks gas rumah kaca (GRK) ke atmosfer.
Solusi integratif diperlukan untuk merestrukturisasi sistem produktif menjadi “pertanian cerdas iklim” dan model “intensifikasi berkelanjutan” untuk meningkatkan produksi pangan dari lahan pertanian yang ada dengan cara yang mengurangi dampak lingkungan, seperti pengurangan emisi GRK dan melalui peningkatan karbon (C ) sekuestrasi. Dalam konteks ini, penggabungan biochar ke dalam tanah merupakan strategi pengelolaan yang menjanjikan untuk pertanian berkelanjutan karena potensinya untuk menyerap C dan meningkatkan kesuburan tanah. Biochar adalah produk pirolisis biomassa yang kaya C dan mengandung sebagian besar senyawa aromatik yang mempengaruhi stabilitasnya dan potensi penyerapan C dalam tanah. Efek menguntungkan yang terdokumentasi dari penambahan biochar ke tanah termasuk peningkatan retensi kelembaban, pH dan kapasitas tukar kation (KTK), penurunan emisi N2O dan CH4, dan penurunan pencucian N dari tanah.
Sebagai bagian dari praktik pengelolaan berkelanjutan, penambahan biochar menginduksi perubahan sifat fisik dan kimia tanah serta pergeseran mikrobioma tanah. Namun, respon mikroba terhadap penambahan biochar sangat bergantung pada jenis tanah dan sistem tanam serta sifat biochar yang ditambahkan. Efek yang diamati dari biochar pada proses mikroba bervariasi. Beberapa studi telah mengamati peningkatan respirasi tanah, meskipun penurunan atau tidak ada perubahan juga telah diamati. Efek biochar pada komposisi komunitas mikroba juga telah dilaporkan dengan beberapa temuan yang kontradiktif. Beberapa penelitian telah mengamati peningkatan Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, dan Gemmatimonadetes dan penurunan Acidobacteria di tanah yang diubah dengan biochar, sementara yang lain melaporkan penurunan Proteobacteria dan Bacteroidetes. Pergeseran komposisi dan fungsi mikrobioma yang dipengaruhi oleh penambahan biochar berpotensi berdampak pada emisi GRK, mengubah mineralisasi hara, dan memengaruhi promosi pertumbuhan tanaman. Namun, dinamika dan mekanisme dampak biochar pada komposisi komunitas mikroba serta fungsinya masih kurang dipahami. Beberapa penelitian telah mencoba mengkaji pengaruh suhu pirolisis biochar, bahan baku, jenis tanah, sistem tanam, dan penambahan pupuk N terhadap mikrobioma tanah.
Banyak penelitian tentang efek amandemen biochar pada mikrobioma tanah didasarkan pada analisis urutan gen 16S rRNA, yang mengungkapkan perubahan penting dalam komposisi komunitas. Namun, masih ada kekurangan informasi mengenai konten dan keragaman gen fungsional, yang membatasi pemahaman kita tentang dampak biochar pada fungsi mikroba potensial. Potensi mikrobioma tanah untuk mengendalikan nasib C dan N dalam tanah dapat diselidiki menggunakan pendekatan metagenomik shotgun untuk lebih menjelaskan signifikansi fungsional dari pergeseran komposisi komunitas sebagai respons terhadap amandemen biochar daripada pengurutan amplikon saja. Hingga saat ini, hanya satu penelitian yang menggunakan pendekatan metagenomik shotgun untuk menyelidiki komunitas mikroba dari biochar tua dan tanah di sekitarnya yang dikumpulkan dari hutan utara.
English