Penerapan pupuk N mempunyai dampak yang kuat terhadap agroekosistem. Hal ini tidak hanya meningkatkan produktivitas tanaman, namun penggunaan N yang berlebihan seringkali meningkatkan kehilangan N termasuk emisi N 2 O. Tingkat nitrifikasi yang tinggi menghasilkan konsentrasi NO 3 − yang tinggi, yang mudah tercuci dari tanah atau tereduksi selama denitrifikasi menjadi metabolit gas yang dilepaskan ke atmosfer. N yang berlebihan meningkatkan kehilangan N dari tanah secara langsung, melalui konsentrasi mineral N yang lebih tinggi untuk nitrifikasi dan denitrifikasi, dan juga secara tidak langsung karena mengurangi masukan C dalam eksudat ke dalam tanah rhizosfer di bawah permukaan tanah. Karena sebagian besar aktivitas biologis tanah terkonsentrasi di rizosfer, hal ini dapat mengganggu kehidupan di dalam tanah secara signifikan. Masukan C di bawah permukaan tanah menurunkan imobilisasi N, yang bersaing dengan N dengan nitrifier dan denitrifier di dalam tanah. Selain itu, laju mineralisasi bahan organik tanah yang berlebihan selanjutnya berkontribusi terhadap hilangnya N dan C dari tanah.
Oleh karena itu, diselidiki kemungkinan bagaimana memulihkan aktivitas biologis pada tanah yang telah dipupuk tanpa menurunkan produktivitas. Penerapan biochar ke dalam tanah baru-baru ini diusulkan sebagai cara yang memungkinkan untuk mencapai tujuan ini.
Biochar adalah bentuk spesifik bahan organik pirogenik. Bahan organik pirogenik merupakan unsur penting bahan organik tanah di banyak ekosistem yang terkena dampak kebakaran. Kebakaran alam dan pembakaran biomassa oleh manusia menyediakan sumber bahan organik pirogenik yang signifikan termasuk juga biochar. Biochar, sebagai bentuk spesifik bahan organik pirogenik, telah digunakan di bidang pertanian selama berabad-abad. Contoh yang terkenal adalah apa yang disebut Terra preta di Amazonia. Namun, keberadaan karbon hitam yang signifikan juga dilaporkan di tanah Eropa, misalnya di tanah chernozemic di Eropa tengah. Oleh karena itu, penggunaan biochar sebagai pembenah tanah menawarkan cara yang berguna dan tradisional untuk meningkatkan kesuburan tanah yang dibudidayakan secara intensif.
Biochar memiliki banyak efek terhadap aktivitas biologis tanah. Ketika biochar ditambahkan ke dalam tanah, sifat terpentingnya adalah penyerapan. Permukaan aktif partikel biochar yang besar dapat menyerap nutrisi, bahan organik dan juga sel mikroba. Permukaannya yang luas menyediakan habitat yang cocok bagi berbagai mikroorganisme tanah. Stimulasi biomassa dan aktivitas mikroba diamati pada tanah yang telah diubah biocharnya. Biochar juga mengikat nutrisi dan mengurangi kehilangan nutrisi. Biochar juga diamati membantu mempertahankan N dalam tanah yang tersedia untuk bercocok tanam.
English