Dalam sebagian besar studi, efek positif dari biochar telah disebutkan, namun efektivitasnya bergantung pada tanah (keasaman, ukuran partikel, dll.) dan komposisi bahan baku. Misalnya, mobilitas nanopartikel biochar (serpihan kayu) lebih rendah dalam media kultur dengan kekuatan ionik tinggi yang mengandung elektrolit NaCl, dan tidak ada efek biochar yang diamati pada efisiensi penggunaan N (NUE) di tanah bertekstur kasar. Biochar dari campuran kayu keras dan kayu lunak tidak berpengaruh terhadap bahan kimia tanah kecuali rasio C/N.
Efek negatif biochar yang sudah tua antara lain penurunan kesehatan cacing tanah, selomosit lisosom pada membran, aktivitas enzim, yang akhirnya menyebabkan kematian cacing tanah. Meskipun biochar memiliki kemampuan untuk menahan lebih banyak polutan, persistensinya di dalam tanah dapat mengurangi aktivitas enzim dan komunitas mikroba, terutama pada biochar yang sudah tua.
Biochar memiliki permukaan yang didominasi basa yang mengandung fenol bermuatan negatif, gugus karboksil , dan gugus hidroksil yang bereaksi dengan H + dalam larutan tanah dan meningkatkan pH tanah. Aplikasi biochar jangka panjang diperkirakan memiliki efek yang lebih besar pada peningkatan pH tanah sawah masam karena seiring dengan bertambahnya usia biochar, gugus fungsi asam yang mengandung oksigen pada permukaan meningkat. Muatan negatif yang dibawa oleh gugus fungsi asam menetralkan H + dalam tanah, yang selanjutnya meningkatkan pH tanah. Adsorpsi ion yang tinggi dan kapasitas pertukaran biochar menyeimbangkan jumlah pertukaran anion dan kation dalam tanah dan meningkatkan kesuburan tanah.
Reaksi redoks adalah pendorong utama transformasi kimia di tanah sawah. Biochar yang diaplikasikan pada tanah dapat bertindak sebagai donor elektron dan akseptor elektron, tergantung pada keberadaan gugus fungsi tertentu, radikal, dan bentuk aktif redoks dari logam seperti oksida besi dan mangan. Dalam biochar, gugus C-OH fenolik telah diidentifikasi sebagai gugus utama yang bertanggung jawab atas kemampuan menyumbangkan elektron, sementara gugus CO kuinoid bertanggung jawab atas kapasitas penerimaan elektron. Bergantung pada tujuan aplikasi biochar di tanah sawah (bertindak sebagai akseptor atau donor elektron untuk menyesuaikan potensial redoks), biochar yang diinginkan dapat diproduksi. Peneliti melaporkan bahwa penerapan biochar di tanah sawah menyebabkan rentang redoks yang lebih luas (Eh 6 jam: −420 hingga +247 mV) dibandingkan dengan kontrol (Eh6h: −386 hingga +248 mV), menunjukkan pentingnya biochar dalam memediasi kondisi redoks di tanah sawah.
Biochar dapat memperbaiki banyak sifat fisik tanah sawah. Struktur berpori biochar meningkatkan porositas tanah dengan menciptakan ruang pori tambahan setelah aplikasi. Peningkatan porositas tanah sawah menyebabkan perubahan berat jenis tanah, dan sebagai akibat dari proses ini, rasio tiga fase (padat, cair, dan gas) dalam tanah sawah berubah. Karena struktur pori biochar yang besar, fase cair dan gas meningkat dan fase padat berkurang dalam proses ini, menghasilkan perbaikan struktur tanah, peningkatan kapasitas menahan air tanah, aerasi tanah yang lebih baik, permeabilitas air yang lebih baik, dan lebih baik distribusi unsur dalam tanah.
Peneliti melaporkan bahwa aplikasi jangka panjang biochar jerami padi (7,5 t ha −1 ) menghasilkan porositas tanah total dan kapiler yang lebih tinggi dan mengubah rasio gas padat-cair tanah (meningkatkan kandungan cairan dan udara dan menurunkan kandungan padat). . Studi yang sama juga menemukan peningkatan agregat makro tanah (> 0,25 mm) dan stabilitas agregat, yang memperbaiki sifat fisik tanah sawah.
Biochar memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat untuk partikel tanah dan bahan organik, yang secara bertahap membentuk makroagregat tanah di bagian inti. Selain itu, struktur aromatik biochar membuatnya sulit terurai oleh proses fisik, kimia dan mikroba di dalam tanah. Oleh karena itu, biochar dapat bertahan dalam bentuk stabil di dalam tanah untuk waktu yang lama, membentuk kompleks tanah biochar yang stabil dan meningkatkan stabilitas agregat tanah. Meskipun keragaman dan struktur mikroorganisme yang hidup di tanah sawah berbeda dari yang ada di tanah non-padi, beberapa mekanisme biochar mempengaruhi kelangsungan hidup dan pertumbuhan mikroba di tanah ini serupa. Misalnya, efek biochar pada peningkatan pH tanah, mengurangi pemadatan tanah, meningkatkan aerasi tanah, dan meningkatkan agregasi tanah dan stabilitas agregat tanah baik di tanah padi maupun non-padi mempengaruhi bagaimana mikroorganisme berkembang di lingkungan tersebut. Peningkatan pH tanah merupakan faktor penting yang mempengaruhi populasi bakteri pada tanah sawah. Sebagian besar bakteri memiliki pertumbuhan dan aktivitas populasi yang optimal pada pH netral atau mendekati netral, sehingga kemampuan biochar untuk meningkatkan pH asam tanah sawah mempengaruhi aktivitasnya.
English