Produksi tanaman dianggap sebagai standar emas untuk mengevaluasi sistem pertanian di seluruh dunia. Meskipun demikian, perubahan iklim yang semakin meningkat dapat membahayakan produksi pertanian. Menurut laporan penilaian 5 (AR-5) yang diterbitkan pada tahun 2014, Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC) memperkirakan penurunan tajam produksi tanaman pangan pasca tahun 2050. Ketahanan pangan dan ketahanan air merupakan tantangan global yang signifikan sebagai konsekuensi dari pertumbuhan populasi yang eksponensial, menyusutnya lahan pertanian, penipisan tanah, kontaminasi air dan tanah, penurunan permukaan air tanah, perubahan iklim, dan kurangnya kesuburan. Berkurangnya lahan pertanian akibat urbanisasi dan konstruksi memberikan tekanan pada lahan pertanian yang ada. Oleh karena itu, petani biasanya bergantung pada pupuk kimia dan pestisida, yang kemudian menyebabkan penurunan kualitas tanah dan pencemaran air melalui limpasan dan perkolasi pertanian. Selain pupuk kimia dan pestisida, logam berat, limbah biomedis, dan minyak bumi merupakan beberapa bahan pencemar tanah dan air. Erosi tanah juga mendorong hilangnya lapisan tanah atas yang subur, unsur hara, dan kaya karbon organik. Untuk produksi tanaman, seperti halnya tanah, sumber daya air memainkan peran yang sangat diperlukan dalam kebutuhan air tanaman. Meskipun pertanian tadah hujan adalah praktik yang paling umum dilakukan di negara berkembang seperti India, irigasi berperan sebagai komponen penting dalam pengelolaan air pertanian karena adanya kebutuhan mendesak untuk peningkatan produksi pertanian. Sejumlah besar air diambil dari permukaan serta sumber air tanah untuk menopang peningkatan permintaan pangan dan pembangunan ekonomi yang luas. Sejak pergantian abad, pengambilan air dari berbagai sumber telah meningkat delapan kali lipat, dari 500 menjadi 4000 km 3 tahun-1 , dengan peningkatan tajam sebesar 15% setiap dekade antara tahun 1960 dan 2010. Sekitar 70% dari total konsumsi air digunakan oleh sektor pertanian, terutama untuk keperluan irigasi, dan sisanya digunakan untuk sektor rumah tangga dan industri. Perubahan iklim, pengambilan air antropogenik, dan polusi menyebabkan penurunan drastis sumber daya air tawar yang tersedia. Oleh karena itu, teknologi berkelanjutan dan hemat biaya harus diterapkan untuk konservasi tanah dan air serta pengurangan polusi.
Biochar adalah bahan amorf yang mengandung karbon , yang dihasilkan sebagai produk degenerasi termal biomassa dalam kondisi udara terbatas, yang dikenal sebagai pirolisis. Biomassa yang umum digunakan untuk pirolisis meliputi sisa tanaman dan kehutanan, pupuk kandang, serta limbah kota dan industri. Biochar dianggap sebagai bahan amandemen tanah yang luar biasa karena ketahanannya terhadap degradasi mikroba dan mineralisasi, sehingga sangat stabil di lingkungan tanah hingga 1000 tahun. Penggabungan biochar ke dalam tanah memberikan beberapa manfaat, termasuk produktivitas tanaman dan peningkatan kesuburan, pertumbuhan tanaman, dan nutrisi. Biochar meningkatkan ketersediaan luas permukaan di dalam tanah karena heterogenitas yang melekat pada struktur permukaan dan ukuran pori-pori, sehingga membantu daur ulang unsur hara, mempercepat pertukaran air dan gas, penyimpanan karbon, dan penyerapan karbon di dalam tanah, dan dengan demikian membantu mengurangi pemanasan global dengan melakukan mitigasi. emisi gas rumah kaca. Selain itu, biochar dapat berguna untuk mengolah air dalam sistem akuaponik dengan meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut dalam air yang digunakan dalam budidaya perairan dan mengubah zat berbahaya menjadi turunan bermanfaat yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Berbagai fitur biochar, terutama luas permukaan, pH, kadar abu, gugus fungsi, dan kandungan karbon, mempengaruhi aplikasi fungsional biochar, seperti retensi kelembaban tanah, nilai kalor, dan kemampuan remediasi logam berat dari tanah dan air.
English