THAN SINH HỌC (BIOCHAR) – PHÂN BÓN THẾ HỆ MỚI CHO NÔNG NGHIỆP HỮU CƠ – BỀN VỮNG.

Than sinh học và tính chất vật lý đất
Than sinh học có tỷ trọng thấp và độ xốp cao. Than sinh học tương tác với các thành phần đất khác, kể cả khoáng chất và các chất hữu cơ “nội sinh”. Ví dụ, tính chất xốp của đất Terra Indo đã được tìm thấy là từ 5-11% cao hơn so với độ xốp của lô đất liền kề có khoáng chất tương tự (Glaser v&oods, 2004). Quá trình tập hợp như vậy xảy ra trong một thời gian dài, có thể làm thay đổi độ thông thoáng của đất, các dòng chảy ngầm và trên bề mặt của đất. Nước mặt xâm nhập vào than sinh học trong lòng đất, đã được tìm thấy là không làm thay đổi tính chất của đất (Asai et al, 2009;. Major, 2009; Husk & Major 2010).
Than sinh học và độ pH của đất
Khi bón than sinh học cho đất, nhiều tác giả đã đo được độ pH của đất đều có xu hướng tăng  lên .Trong trường hợp khu vực thử nghiệm có pH đất thấp (nằm ở dưới mức tối ưu của yêu cầu sử dụng) thì sự làm tăng pH đất bởi than sinh học có thể được quyết định để áp dụng trên phạm vi rộng nhằm tăng lợi ích về chất lượng đất; nhất là, cải thiện tính chất hóa học đất và tăng cường chất dinh dưỡng có sẵn trong đất và giảm sự có mặt của các yếu tố bất lợi như nhôm Độ pH của than sinh học có thể khác nhau nhưng thường là trên 9 và nó có thể có một giá trị giống như vôi theo thứ tự của vài chục phần trăm . Tuy nhiên, than sinh học được tạo ra từ vật liệu gỗ Thông có độ pH = 7.5, đã được quan sát thấy có tác dụng làm giảm độ pH . Áp dụng than sinh học với một hiệu ứng bón vôi cho đất có độ pH cao có thể làm thiếu hụt vi chất dinh dưỡng gộp lại và làm giảm năng suất cây trồng .
Than sinh học và các chất dinh dưỡng đất
Than sinh học có ảnh hưởng đến chất dinh dưỡng có sẵn trong đất theo hai cách thông thường: bổ sung chất dinh dưỡng và duy trì dinh dưỡng. Tro trong than sinh học có chứa các chất dinh dưỡng thực vật, bao gồm: Ca, Mg, K, có thể có P và các chất vi lượng như Zn và Mn. Các yếu tố khoáng chất có trong sinh khối, chủ yếu là N được tìm thấy trong tro của than sinh học. Trong quá trình nhiệt phân, N trong sinh khối bị mất do bay hơi, N còn lại trong than sinh học được tìm thấy bên trong các cấu trúc cacbon thơm Ngoài ra, tìm thấy sự có mặt của N trong than sinh học có nguồn gốc từ phân chuồng 
Một thực tế là là than sinh học có khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng trong vùng rễ. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra sự giảm rửa trôi chất dinh dưỡng khi bón than sinh học ở các thí nghiệm trong chậu và một số nghiên cứu diện rộng . Kết quả  theo dõi thử nghiệm cho thấy, sự giảm rửa trôi của Ca2+ và Mg2+ được cho là do CEC lớn hơn nhờ bón than sinh học . 
 Giảm rửa trôi chất dinh dưỡng từ đất nông nghiệp có thể bao hàm sự giảm chất dinh dưỡng đầu vào đến vùng nước bề mặt cũng như nước dự trữ. Ô nhiễm Nitơ và P của bề mặt nước cũng được biết đến để góp phần vào sự suy thoái của hệ sinh thái nước ngọt và nước mặn.
Than sinh học và năng suất cây trồng
- Một số nghiên cứu của FAO (2005 - 2010) ở khu vực châu Phi cho thấy: 
+ Năng suất Hành Demba Pape (ở Senegal) ở khu vực bón phân + 1kg biochar/1m2 cho năng suất 18,2 tấn/ha;trong khi chỉ bón phân và không bón biochar thì năng suất chỉ đạt 12 tấn/ha.                  5,300USD/ ha cho các năm tiếp theo.
+ Bắp Aziz Sy (ở Senegal), năng suất đạt 5 tấn/ha (bón phân hữu cơ + NPK + không có Biochar) và 14 tấn/ha (bón phân hữu cơ + NPK + 2kg Biochar/m2).
- Yang và cs (2015), đã áp dụng bón biochar từ rơm rạ cho một số cây trồng hàng năm. Kết quả chỉ ra rằng, biochar có ảnh hưởng tích cực hơn đến sản lượng ngô, lạc và lúa mì (nhất là vào mùa Đông). Với bắp, bón từ 1 -2 tấn/ha giúp tăng sản lượng lên 5% -15% và bón biochar 4 tấn/ha làm tăng năng suất thêm 20%. 
Than sinh học - sự thấm hút của thuốc trừ sâu và các phân tử hữu cơ khác

Các chất gây ô nhiễm hữu cơ bao gồm thuốc trừ sâu nông nghiệp và các chất ô nhiễm công nghiệp.Than sinh học và tro chứa trong than sinh học có vai trò lớn trong việc thấm hút các hợp chất hữu cơ khác nhau. Chất hữu cơ dạng than (như than sinh học, bồ hóng, than hoạt tính) đều có khả năng thấm hút nhiều hơn các hợp chất hữu cơ chưa cháy từ 10-1000 lần (Smernik, 2009). 
Động lực của sự thấm hút bề mặt bị ảnh hưởng bởi độ pH và các yếu tố khác trong đất, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc bổ sung thêm than sinh học cho đất là để cải thiện khả năng thấm hút bề mặt của thuốc trừ sâu. Trong một nghiên cứu tại Úc, Yu et al.(2010) đã tìm thấy than sinh học từ gỗ Bạch đàn được xấy khô ở nhiệt độ 450 và 850°C, được xác định khả năng thấm hút thuốc diệt nấm (pyrimethanil) hiệu quả hơn khoảng 100 lần so với một đất không bón than sinh học. Than sinh học được sản xuất ở nhiệt độ cao hơn thì thấm hút thuốc diệt nấm tốt hơn và rò rỉ ít hơn khi bị rửa trôi.
Một số nghiên cứu đánh giá hiệu quả thẩm thấu thuốc trừ sâu của tro than sinh học. Yang et al.(2006) đã tìm được trong tro rơm lúa mì có chứa 13% C được bổ sung vào đất ở mức 1%, kết quả là ở đất được bón ro rơm lúa mì có khả năng thẩm thấu diuron cao hơn 7-80 lần so với đất không được bón tro, và hàm lượng thuốc diuron còn lại sau 10 tuần là lớn hơn một chút trong đất được bón so với không bón. Như vậy, năng lực sinh học của diuron giảm đi so với tro than sinh học, được chứng minh bởi tỷ lệ sống sót và sinh khối lớn hơn của cỏ ở khu vực sân nuôi gia cầm. Yang et al.(2003) cũng nhận thấy đất được bón tro rơm lúa mì có hiệu quả thấm hút diuron cao hơn 600-10.000 so với đối chứng, thời gian kéo dài đến 12 tháng sau khi bón. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với công tác quản lý cỏ dại - nơi mà hoạt động của thuốc diệt cỏ giảm là không mong muốn. Kết quả cũng đã thu được tương tự cho hấp thu benzonitrile (dung môi) bởi than sinh học trong đất (Zhang et al., 2006) và cho thuốc diệt cỏ (MCPA), ở đó đất được bón bổ sung than sinh học có hiệu quả thấm hút cao hơn 90-1490 lần so với đất cát không được bón bổ sung (Hiller et al, 2007).
Các ứng dụng khác cho than sinh học

- Than sinh học cũng có thể được sử dụng như một chất mang để nhiễm chủng vi sinh vật. Stephens & Rask (2000) cho biết, chất mang cho để chủng vi sinh vật nhằm hỗ trợ sự tăng trưởng của các sinh vật, duy trì độ ẩm cao an toàn về mặt môi trường. - Than sinh học và cỏ sân golf: 
+ Một báo cáo vào năm 1943 từ các tiểu bang của Hoa Kỳ cho thấy, than sinh học được áp dụng thành công trong việc trồng cỏ cho sân golf, bằng cách sử dụng một thiết bị cầm tay chuyển than sinh học vào các lỗ thông khí được tạo ra bởi các thiết bị khác. Sử dụng một vật liệu có kích thước nhỏ (đi qua một cái rây 0,6 mm), tỷ lệ ứng dụng đã đạt được tương đương 3,9-5,4 tấn/ha (Hiệp hội Golf Hoa Kỳ).
+ Than sinh học có thể được trộn với cát, đất mặt, phân hữu cơ, hoặc chất nền trước khi thi công các hạng mục trồng cây cảnh quan.Trong trường hợp khu vực có lưu lượng di chuyển cao của các sân golf và sân cỏ thể thao, sức chịu đựng sự nén chặt và thoát nước nhanh chóng là đặc điểm quan trọng của con người gây ra cho vùng rễ. Trộn hỗn hợp than sinh học đồng nhất với cát có thể cho phép thoát nước nhanh và khả năng kháng nén chặt cát; đồng thời, tăng lưu giữ độ ẩm và hiệu lực sử dụng cho sân cỏ. Trái với than bùn rêu, than sinh học sẽ cung cấp những lợi ích mang tính lâu dài.
+ Than sinh học có thể cũng có khả năng được áp dụng cho các lớp bên dưới của vùng rễ cỏ để phục vụ như một rào cản không cho các chất dinh dưỡng và thuốc trừ sâu ngấm sâu xuống lòng đất. Trong nhiều trường hợp, các lớp như vậy sẽ cần phải cung cấp hệ thống thoát nước đầy đủ và không gây ra điều kiện ngập úng cỏ ở bên trên, và điều này có thể đạt được bởi việc nghiên cứu sử dụng kích thước hạt của than sinh học. 
-     Than sinh học trong  trồng cây trên mái nhà:
Than sinh học với khả năng thấm hút nước và giảm rửa trôi chất dinh dưỡng sẽ cung cấp các ích lợi quan trọng trong việc thiết kế các mái nhà xanh. Beck et al. (2011) bổ sung thêm 7% (tính theo trọng lượng) một loại than sinh học làm từ 70% chất thải nông nghiệp và 30% lốp xe ô tô nhiệt phân với một chất nền được thiết kế mang tính thương mại cho các mái nhà xanh, và thấy rằng nước rò rỉ từ khay đầy giá thể có bón than sinh chứa ít hơn gồm 79% nitrat, 43% phosphate, 42% phốt pho tổng và 72% carbon hữu cơ tổng số hơn so với nước rỉ rác thải từ khay không bón than sinh học. Khả năng giữ nước với than sinh học là cao hơn 4% (Beck et al, 2011).
-    Than sinh học như một chất phụ gia thức ăn chăn nuôi:
Tiện ích này đã được biết đến trong một thời gian khá dài khi mà than sinh học hoặc các vật liệu khác như khoáng chất zeolite được dùng làm thức ăn chăn nuôi nhằm tăng cường khả năng hấp thu protein và đồng hóa nitơ có nguồn gốc từ thức ăn gia súc giàu tannin; có thể thông qua kiểm soát sự của mất mát amoniac và sau đó được sử dụng để tổng hợp protein của vi sinh vật trong dạ dày của các loài động vật ăn cỏ. Van et al.(2006) cho biết, khi bổ sung than sinh học từ tre (1gr than/1kg trọng lượng động vật/ngày), tốc độ tăng trưởng lớn hơn 20%, và cuối cùng trọng lượng con vật là lớn hơn 5% khi dê ăn thức ăn khô giàu tannin. Thử nghiệm này kéo dài 12 tuần liên tục. Một bản tin kỹ thuật từ Trung tâm Công nghệ Thực phẩm và phân bón tại Đài Loan cũng đề nghị cho than sinh học từ tre vào thức ăn gia súc, lợn và gia cầm để giảm mùi hôi trong nhà kho cũng như cung cấp các lợi ích khác cho sức khỏe động vật.
Tương tự, Allen (1846) đưa ra lời khuyên sau đây cho việc chăn nuôi: Nếu nuôi trong chuồng, nên cho chúng ăn một lượng than như nhau, hai lần một tuần; điều này sẽ cải thiện bất kỳ xu hướng rối loạn dạ dày nào ở vật nuôi. 

Một số kết quả sử dụng than sinh học tại Việt Nam 

Sử dụng Biochar- Than sinh học (TSH) trong nông nghiệp làm tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho đất, cung cấp các nguyên tố có lợi cho quá trình phát triển và trưởng thành của cây, tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của các các vi sinh vật có lợi phát triển. TSH còn là kho dự trữ cacbon trong đất không cho phát thải ra môi trường gây “hiệu ứng nhà kính”. Tại Việt Nam có rất nhiều nguyên liệu có thể sử dụng sản xuất biochar (than sinh học), nhất là việc khai thác và tái sử dụng những phế phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp- Đây cũng là một trong những lơi thế để phục vụ cho phát triển nông nghiệp hữu cơ. Nguồn TSH khi được chế biến thành những chủng loại phân bón mới  lại góp phần giảm thiểu ô nhiễm do quá lạm dụng phân hóa học vừa cải thiện độ phì (tính chất lý hóa sinh) của đất nông nghiệp. Kết quả của đề tài làm tại Việt nam(TS.Nguyễn Đăng Nghĩa 2013-2016) đã thu được một số kết quả như sau:
-     Bón bổ sung 1.500kg/ha than sinh học (Biochar) cho cây cà phê Arabica đã giúp tăng năng suất cà phê nhân so với đối chứng 0,97 tấn cà phê nhân/ha (tăng 26,15%) và giúp tăng thêm thu nhập 26.900.000 đồng/ha/vụ.
-     Bón bổ sung 1.500kg/ha than sinh học cho cây ngô đã giúp tăng năng suất ngô so với đối chứng 0,95 tấn/ha (tăng 12,37%) và giúp tăng thêm thu nhập 2.825.000 đồng/ha/vụ.
-     Bón bổ sung 1.500kg/ha than sinh học cho cây cà dĩa đã giúp tăng năng suất cà dĩa so với đối chứng 2,32 tấn/ha (tăng 24,27%) và giúp tăng thêm thu nhập 13.840.000 đồng/ha/vụ.
-     Bón bổ sung 1.500kg/ha than sinh học cho cây cải ngọt đã giúp tăng năng suất cải ngọt so với đối chứng 7,88 tấn/ha (tăng 19,58%) và giúp tăng thêm thu nhập 52.760.000 đồng/ha/vụ.
Như vậy, có thể khẳng định: Than sinh học (Biochar) được coi như một nguồn nguyên liệu qúi, một loại phân thế hệ mới cho nền Nông nghiệp hữu cơ – Bền vững tại Việt Nam.