1.1.           Khái niệm

-          Vật liệu giàu carbon, xốp, sản xuất bằng nhiệt phân sinh khối (gỗ, rơm rạ, phế thải nông nghiệp) trong điều kiện thiếu oxy.

-          Cấu trúc lỗ rỗng → giữ nước, giữ dinh dưỡng, lưu trữ carbon lâu dài (Jeyasubramanian  và cộng sự, 2021)[1].

1.2.           Hiệu quả

-          Cải thiện chất lượng đất, năng suất và khả năng cô lập carbon (Agegnehu  và cộng sự, 2017)[2].

-          Theo Brtnicky và cộng sự (2021)[3] và Joseph và cộng sự (2021)[4], than sinh học có nhiều ứng dụng khả thi có thể là: (i) cải thiện tính chất của đất; (ii) tăng cường bảo vệ đất và giữ nước; (iii) ngăn ngừa thoái hóa và mất đất; (iv) tăng hàm lượng chất dinh dưỡng và cô lập trong đất; (v) làm giảm tác động của các chất có khả năng gây độc; (vi) thúc đẩy sự phát triển của sinh vật trong môi trường đất; (vii) tăng cường sinh trưởng thực vật và sản xuất cũng như chất lượng sinh khối; và (vii) tăng năng suất cây trồng và lợi nhuận của ngành nông nghiệp.

1.2.1.     Kinh tế

-          Củ cải đường: +280% năng suất (2,9 → 11 tấn/ha), lợi nhuận ròng +4.953 USD/ha (Allohverdi  và cộng sự, 2021)[5]

-          Rau: 8 tấn/ha than sinh học mang lại tỷ lệ lợi nhuận-chi phí tốt nhất với giá trị hiện tại ròng (NPV) là 933 đô la/ha và Tỷ lệ hoàn vốn (ROI) là 85,7% (Xu và cộng sự, 2025)[6]

-          Lúa mì (Ethiopia): +173% năng suất khi kết hợp TSH từ lục bình + phân bón (Herath Bandara , 2025)[7].

-          Đậu & Ngô: trọng lượng khô tăng +92,9% & +146,4% (Kang và cộng sự, 2022)[8]

1.2.2.     Môi trường

v Cải thiện tính chất vật lý đất

-          Những thay đổi về độ xốp của đất chủ yếu là do cấu trúc lỗ rỗng bên trong (lỗ rỗng bên trong), hình thái và tỷ lệ bón phân biochar, các lỗ rỗng giữa biochar và các hạt đất (lỗ rỗng bên trong) và những thay đổi của đất do sự hấp phụ và phân bố kích thước hạt (Yi và cộng sự, 2020)[9].

-          Giảm nén chặt đất >10% (Peake  và cộng sự, 2014)[10]

-          Giảm mật độ khối đất 3–11%, tăng độ xốp 1–64% (Blanco-Canqui  và cộng sự, 2017)[11].

-          Tăng độ giữ nước +15%, dẫn thủy lực bão hòa +25% (Omondi  và cộng sự, 2016)[12]

-          Biochar + Polyacrylamide → cốt liệu đất ổn định +188%, giữ nước +128,9% (Kang và cộng sự, 2022)

v Cải thiện tính chất hóa học của đất

-          Do có độ kiềm cao, tính chất đệm mạnh và sự hiện diện của các nhóm chức năng, than sinh học có thể được sử dụng để chống lại quá trình axit hóa đất (Liu và cộng sự, 2016)[13].

-          Tăng pH đất: 3,89 → 4,05 (Major  và cộng sự, 2010)[14]; 3,9 → 5,1 (Yamato  và cộng sự, 2016)[15].

-          Giảm độ muối (Saifullah và cộng sự, 2018)[16], tăng CEC và điện tích âm (Cheng  và cộng sự, 2009)[17]

-          Giải phóng K, Ca, Mg (Lentz  và cộng sự, 2012)[18].

-          Giảm Al3+ (Yamato  và cộng sự, 2016)[19].

v Cải thiện dinh dưỡng đất

-          Bổ sung than sinh học là quá trình giải phóng chậm các chất dinh dưỡng từ chất hữu cơ bổ sung, ổn định chất hữu cơ tốt hơn, sử dụng chất dinh dưỡng tốt hơn và giữ lại các cation và CEC (Sohi  và cộng sự, 2010)[20].

-          Hạn chế rửa trôi: P (-20,6%), NO₃⁻ (-34%), NH₄⁺ (-34,7%) (Yao và cộng sự, 2012)[21]

-          Tăng nitơ trong đất (Lu và cộng sự, 2020)[22]

-          tăng P dễ tiêu, cung cấp K trực tiếp cho đất (Martinsen  và cộng sự, 2014)[23].

-          Tăng SOC, N, P, K khả dụng, giảm phụ thuộc phân bón (Vaccari  và cộng sự, 2015)[24].

v Cải thiện tính chất sinh học đất

-          Tạo môi trường sống cho VSV, nguồn C & dinh dưỡng. (Chen  và cộng sự, 2018)[25].

-          Vi khuẩn đất tăng từ 366 → 731 µg C/g sau khi bón 30 tấn/ha (Spokas  và cộng sự, 2010)[26]

-          Quần thể vi sinh vật tăng từ +5% → +56% khi tăng biochar trong ủ ngô từ 0% → 14% (Spokas  và cộng sự, 2010)

1.3.           Kỹ thuật

Đối với đất nhiệt đới có hàm lượng khoáng chất cao, khuyến nghị sử dụng than sinh học trên 10 t/ha (Martinsen  và cộng sự, 2014)

Nguyên tắc 3R: Nguồn đúng, Tỷ lệ & Vị trí (Guo, 2020)[27]

Nghiên cứu nhấn mạnh khuôn khổ 3R để tối đa hóa lợi ích của than sinh học:

-          Nguồn cung cấp phù hợp : Sử dụng than sinh học chất lượng cao được sản xuất từ sinh khối sạch, không bị ô nhiễm (ví dụ: tàn dư cây trồng hoặc gỗ), lý tưởng nhất là có hàm lượng carbon hữu cơ ổn định cao, khả năng giữ nước và dinh dưỡng tốt. Tránh sử dụng gỗ đã qua xử lý hoặc chất thải công nghiệp.

-          Tỷ lệ đúng :

+       Than sinh học từ gỗ hoặc tàn dư cây trồng: 2–5% theo khối lượng đất (~2–5 tấn/ha).

+       Than sinh học có nguồn gốc từ phân chuồng: thấp hơn ở mức 1–3% theo khối lượng .

+       Ngay cả chỉ cần 0,1% tính theo kg (khoảng 2 Mg/ha) cũng có thể tăng năng suất cây trồng.

-          Vị trí thích hợp : Rải than sinh học bằng cách rải vào đất ẩm , lý tưởng nhất là trong điều kiện gió nhẹ, sau đó trộn đều vào lớp đất mặt từ 0–15 cm nơi rễ cây hoạt động mạnh nhất.

[1] Jeyasubramanian, K.; Thangagiri, B.; Sakthivel, A.; Raja, J.D.; Seenivasan, S.; Vallinayagam, P.; Madhavan, D.; Devi, S.M.; Rathika, B. A Complete Review on Biochar: Production, Property, Multifaceted Applications, Interaction Mechanism and Computational Approach. Fuel 2021, 292, 120243.

[2] Agegnehu, G.; Srivastava, A.K.; Bird, M.I. The Role of Biochar and Biochar-Compost in Improving Soil Quality and Crop Performance: A Review. Appl. Soil Ecol. 2017, 119, 156–170.

[3] Brtnicky, M.; Datta, R.; Holatko, J.; Bielska, L.; Gusiatin, Z.M.; Kucerik, J.; Hammerschmiedt, T.; Danish, S.; Radziemska, M.; Mravcova, L.; et al. A critical review of the possible adverse effects of biochar in the soil environment. Sci. Total Environ. 2021, 796, 148756.

[4] Joseph, S.; Cowie, A.L.; Van Zwieten, L.; Bolan, N.; Budai, A.; Buss, W.; Cayuela, M.L.; Graber, E.R.; Ippolito, J.A.; Kuzyakov, Y.; et al. How biochar works, and when it doesn’t: A review of mechanisms controlling soil and plant responses to biochar. GCB Bioenergy 2021, 13, 1731–1764.

[5] Allohverdi, T., Mohanty, A. K., Roy, P., & Misra, M. (2021). A review on current status of biochar uses in agriculture. Molecules, 26(18), 5584.

[6] Xu, X., Wang, H., Egun, I. L., Gan, T., Huang, Z., Liu, H., ... & Zhang, X. (2025). Enhancing vegetable yield and quality with biochar: prospects and challenges. Frontiers in Sustainable Food Systems, 9, 1621366.

[7] Herath Bandara, S. J. (2025). Exploring the Potential of Biochar in Enhancing US Agriculture. Regional Science and Environmental Economics, 2(3), 23.

[8] Kang, M. W., Yibeltal, M., Kim, Y. H., Oh, S. J., Lee, J. C., Kwon, E. E., et al. (2022). Enhancement of soil physical properties and soil water retention with biochar-based soil amendments. Sci. Total Environ. 836:155746. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155746

[9] Yi, S.; Chang, N.Y.; Imhoff, P.T. Predicting Water Retention of Biochar-Amended Soil from Independent Measurements of Biochar and Soil Properties. Adv. Water Resour. 2020, 142, 103638.

[10] Peake, L.R.; Reid, B.J.; Tang, X. Quantifying the Influence of Biochar on the Physical and Hydrological Properties of Dissimilar Soils. Geoderma 2014, 235–236, 182–190.

[11] Blanco-Canqui, H. Biochar and Soil Physical Properties. Soil Sci. Soc. Am. J. 2017, 81, 687–711.

[12] Omondi, M.O.; Xia, X.; Nahayo, A.; Liu, X.; Korai, P.K.; Pan, G. Quantification of Biochar Effects on Soil Hydrological Properties Using Meta-Analysis of Literature Data. Geoderma 2016, 274, 28–34.

[13] Liu, Y.; Lu, H.; Yang, S.; Wang, Y. Impacts of Biochar Addition on rice Yield and Soil Properties in a Cold Waterlogged Paddy for Two Crop Seasons. Field Crops Res. 2016, 191, 161–167.

[14] Major, J.; Rondon, M.; Molina, D.; Riha, S.J.; Lehmann, J. Maize Yield and Nutrition during 4 Years after Biochar Application to a Colombian savanna Oxisol. Plant Soil 2010, 333, 117–128.

[15] Yamato, M.; Okimori, Y.; Wibowo, I.F.; Anshori, S.; Ogawa, M. Effects of the Application of Charred Bark of Acacia Mangiumon the Yield of maize, Cowpea and Peanut, and Soil Chemical Properties in South Sumatra, Indonesia. Soil Sci. Plant Nutr. 2016, 52, 489–495.

[16] Saifullah; Dahlawi, S.; Naeem, A.; Rengel, Z.; Naidu, R. Biochar Application for the Remediation of Salt-Affected Soils: Challenges and Opportunities. Sci. Total Environ. 2018, 625, 320–335.

[17] Cheng, C.-H.; Lehmann, J. Ageing of Black Carbon along a Temperature Gradient. Chemosphere 2009, 75, 1021–1027

[18] Lentz, R.D.; Ippolito, J.A. Biochar and Manure Affect Calcareous Soil and Corn Silage Nutrient Concentrations and Uptake. J. Environ. Qual. 2012, 41, 1033–1043.

[19] Yamato, M.; Okimori, Y.; Wibowo, I.F.; Anshori, S.; Ogawa, M. Effects of the Application of Charred Bark of Acacia Mangiumon the Yield of maize, Cowpea and Peanut, and Soil Chemical Properties in South Sumatra, Indonesia. Soil Sci. Plant Nutr. 2016, 52, 489–495.

[20] Sohi, S.P.; Krull, E.; Lopez-Capel, E.; Bol, R. A Review of Biochar and its Use and Function in Soil. In Advances in Agronomy; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 2010; pp. 47–82.

[21] Yao, Y.; Gao, B.; Zhang, M.; Inyang, M.; Zimmerman, A.R. Effect of Biochar Amendment on Sorption and Leaching of Nitrate, Ammonium, and Phosphate in a sandy Soil. Chemosphere 2012, 89, 1467–1471.

[22] Lu, H.; Yan, M.; Wong, M.H.; Mo, W.Y.; Wang, Y.; Chen, X.W.; Wang, J.-J. Effects of Biochar on Soil Microbial Community and Functional Genes of a Landfill Cover Three Years after Ecological Restoration. Sci. Total Environ. 2020, 717, 137133.

[23] Martinsen, V.; Mulder, J.; Shitumbanuma, V.; Sparrevik, M.; Børresen, T.; Cornelissen, G. Farmer-led maize Biochar Trials: Effect on Crop Yield and Soil Nutrients under Conservation Farming. J. Plant Nutr. Soil Sci. 2014, 177, 681–695.

[24] Vaccari, F.P.; Maienza, A.; Miglietta, F.; Baronti, S.; Di Lonardo, S.; Giagnoni, L.; Lagomarsino, A.; Pozzi, A.; Pusceddu, E.; Ranieri, R.; et al. Biochar Stimulates Plant Growth but Not Fruit Yield of Processing Tomato in a fertile Soil. Agric. Ecosyst. Environ. 2015, 207, 163–170.

[25] Chen, J.; Sun, X.; Zheng, J.; Zhang, X.; Liu, X.; Bian, R.; Li, L.; Cheng, K.; Zheng, J.; Pan, G. Biochar Amendment Changes Temperature Sensitivity of Soil Respiration and Composition of Microbial Communities 3 Years after Incorporation in an Organic Carbon-Poor Dry Cropland Soil. Biol. Fertil. Soils 2018, 54, 175–188.

[26] Spokas, K.A.; Baker, J.M.; Reicosky, D.C. Ethylene: Potential Key for Biochar Amendment Impacts. Plant Soil 2010, 333, 443–452.

[27] Guo, M. (2020). The 3R principles for applying biochar to improve soil health. Soil Systems, 4(1), 9.