Chất phụ gia sinh học - các hạt vật liệu hữu cơ được đốt cháy trong quá trình không có oxy được kiểm soát, cung cấp cho đất một dạng cacbon có khả năng chống lại hoạt động của vi sinh vật hiệu quả hơn các chất phụ gia sinh khối truyền thống không được đốt cháy. Về lý thuyết, tính chất này sẽ cho phép đất giữ cacbon để lưu trữ lâu dài vì nó không bị phân hủy nhanh như các dạng cacbon khác.

"Có nhiều báo cáo mâu thuẫn về hiệu quả sử dụng than sinh học để tăng sản lượng cây trồng cũng như tiềm năng của nó như bể chứa cacbon", Nancy Holm, đồng tác giả nghiên cứu nói. Để giải quyết mâu thuẫn trong các nghiên cứu trước đây, các nhà hoa học đã thực hiện một nghiên cứu có hệ thống sử dụng 10 loại đất phổ biến ở Illinois để kiểm tra tác động của việc trộn than sinh học có nồng độ khác nhau từ ba loại thức ăn khác nhau gồm ngô, cây Miscanthus và gỗ cứng.

Để bổ sung một khía cạnh cho nghiên cứu phổ biến trong môi trường nông nghiệp thực tế, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra hai nguồn cacbon khác ảnh hưởng đến đất, bao gồm vật liệu từ thực vật bị đốt cháy trong môi trường không khí mở không kiểm soát và rơm ngô. Rơm ngô bao gồm thân, lá và lõi ngô còn sót lại trên cánh đồng sau khi thu hoạch.

Trong mỗi kịch bản, các mẫu được phân tích và kiểm soát ba lần. Thí nghiệm đã tạo ra 429 mẫu đất, trong đó, các nhà nghiên cứu đã trồng mỗi lần hai hạt ngô. Sau thời gian nảy mầm 14 ngày, nghiên cứu cho thấy việc bổ sung than sinh học từ bất kỳ nguyên liệu hoặc nhờ sự hỗ trợ của bất cứ kỹ thuật sản xuất nào không ảnh hưởng lớn đến việc sản sinh khí nhà kính, yếu tố sinh trưởng của cây trồng hoặc hoạt động của cộng đồng vi khuẩn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã nhận thấy một số khác biệt quan trọng trong các loại đất bao gồm rơm ngô và nguyên liệu thực vật đốt cháy.

Elizabeth Meschewski, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Việc bổ sung rơm ngô mô phỏng điều kiện thực tế trên đồng ruộng, đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng khí thải nhà kính, cũng như sự thay đổi trong cộng đồng vi sinh vật dưới đất. Nhưng, sự tăng trưởng của cây con ban đầu không bị ảnh hưởng. Việc bổ sung nguyên liệu từ thực vật đã cháy làm giảm sinh khối thực vật trên mặt đất, làm tăng phát thải khí nhà kính oxit nitơ và làm thay đổi cộng đồng vi sinh vật trong đất".

Nhóm nghiên cứu đã đưa ra kết luận than sinh học có thể cải thiện chất lượng đất bị suy thoái hoặc chất lượng kém, nhưng dường như không mang lại bất kỳ lợi ích về chất lượng nào cho đất được sử dụng trong nghiên cứu này. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng sử dụng than sinh học làm chất phụ gia thay cho sinh khối hoặc nguyên liệu thực vật đốt cháy có thể ngăn chặn phát thải khí nhà kính do vi khuẩn tạo ra. Các tác giả cho rằng cần thực hiện nghiên cứu trong thời gian dài để hiểu toàn diện hơn về cách than sinh học mang lại lợi ích cho ngành nông nghiệp.