Se llevó a cabo una revisión sistemática de la literatura utilizando bases de datos académicas reconocidas, i.e., Dimensions, ScienceDirect, Redalyc y Google Académico. La estrategia de búsqueda empleó palabras clave en inglés y español relacionadas con el biocarbón y su impacto en la calidad del suelo agrícola, lo que permitió identificar 893 publicaciones iniciales. Se definieron criterios de inclusión rigurosos, considerando únicamente artículos publicados entre 2020 y 2024, estudios primarios y revisiones bibliográficas con un diseño metodológico sólido, investigaciones aplicadas a cultivos agrícolas y trabajos enfocados en prácticas agrícolas sostenibles. Por otro lado, se excluyeron publicaciones duplicadas, libros, capítulos de libros, tesis y estudios que no presentaban resultados relevantes para los objetivos de la revisión. Tras aplicar los filtros iniciales, la muestra se redujo a 147 artículos, de los cuales 60 fueron seleccionados tras priorizar estudios centrados en las propiedades fisicoquímicas del suelo y el rendimiento agrícola. Estos fueron analizados en detalle para garantizar su relevancia.

Los artículos seleccionados se sintetizaron por medio de una matriz bibliográfica con la siguiente información: autor(es), año, país, tipo de artículo, revista, título de artículo, palabras clave, objetivo(s), tipos de biomasa, taxonomía del suelo, clase textural del suelo, tipo de cultivo, tipo experimental, propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo, su respuesta en la calidad del suelo y en cultivos agrícolas, conclusiones y resumen.

En cuanto al análisis de resultados y la discusión, se utilizó Microsoft Excel para organizar y analizar los datos extraídos de los artículos seleccionados. Mediante tablas dinámicas, se consolidó la información y se identificaron patrones y tendencias relevantes, como la distribución temporal, geográfica y temática de los estudios. Los resultados se representaron mediante gráficos estadísticos, y las clasificaciones de variables clave, como biomasas, cultivos y propiedades del suelo, se basaron en criterios teóricos validados en la literatura, garantizando un análisis sistemático y riguroso.

El análisis mostró una distribución porcentual de los artículos por año de publicación: 3 % en 2020, 23 % en 2021, 15 % en 2022, 32 % en 2023, 25 % en 2024 y 2 % en 2025. Se observó un aumento significativo en 2021, lo que refleja el creciente interés global por el biocarbón, impulsado por la demanda de soluciones sostenibles para la agricultura y la gestión de residuos. Geográficamente, los estudios sobre biocarbón para mejorar la calidad del suelo están distribuidos principalmente en Asia (47 %), América del Sur y Europa (15 %), África (12 %), América del Norte (10 %) y Oceanía (2 %), destacando la concentración en ciertos continentes y un enfoque predominante en las ciencias ambientales y agrícolas. China lidera la investigación con 19 publicaciones (Figura 1), que abarcan desde la producción de biocarbón hasta su impacto en el suelo. En contraste, Colombia presenta una producción científica limitada, con siete artículos centrados principalmente en la transformación de biomasa, dejando en segundo plano el estudio de su impacto en la calidad del suelo y la productividad agrícola. Esta brecha resalta la necesidad urgente de profundizar en investigaciones sobre el biocarbón como una herramienta sostenible para mejorar las condiciones edáficas y aumentar la eficiencia en la producción agrícola del país.

Figura 1

La biomasa utilizada para producir biocarbón proviene de diversos materiales orgánicos como los residuos agroindustriales y forestales (Tan, 2023). En este estudio se clasificaron las materias primas para la producción de biocarbón en cinco categorías según su origen. La primera es la biomasa agrícola, que incluye residuos de cultivos como paja, cáscaras y cultivos energéticos como maíz y caña de azúcar (Tan, 2023). La segunda categoría corresponde a la biomasa forestal, que abarca restos de la explotación forestal como ramas, cortezas y residuos madereros (Pérez-Cabrera et al., 2021; Si et al., 2024). La tercera categoría es la biomasa de origen animal, estiércol y otros desechos derivados de la cría de animales (Chagas et al., 2022). La cuarta es la biomasa residual urbana, compuesta por residuos orgánicos urbanos como restos de alimentos y lodos de depuradora (Amoah-Antwi et al., 2020). Finalmente, la quinta corresponde a la biomasa industrial, que engloba residuos orgánicos de procesos industriales, como lo son el carbón de lignito y los residuos de palma de aceite, papel y refinería de azúcar (Zang et al., 2023).

La clasificación presentada en la Tabla 1 facilita la identificación de las fuentes de biomasa y sus aplicaciones en la producción de biocarbón, destacando su potencial para mejorar la calidad del suelo. El análisis muestra que la biomasa agrícola es la principal fuente, representando el 61 % del total, debido a la abundancia de residuos como cáscaras, paja y rastrojos. La biomasa forestal representa el 23 %, derivada principalmente de astillas y aserrín, mientras que el estiércol animal constituye el 8 %, gracias a su alto contenido de nutrientes (He et al., 2024). Los residuos urbanos e industriales aportan el 5 y el 3 % respectivamente, con un alto potencial para la reutilización y reducción del impacto ambiental (Saharudin et al., 2024). Diversos estudios han documentado los rendimientos de estas biomasas, proporcionando ejemplos claros de los precursores más utilizados en cultivos y sus respectivos rendimientos de conversión a biocarbón.

Tabla 1

El biocarbón mejora la calidad del suelo gracias a su capacidad de adsorción y mineralización, impulsada por su estructura porosa y los grupos funcionales que promueven la actividad biológica (Bagheri Novair et al., 2023; Singh Yadav et al., 2023). La temperatura de pirólisis de la materia prima afecta sus propiedades fisicoquímicas y, por tanto, su efectividad en aplicaciones agrícolas (Sánchez-Reinoso et al., 2020). Una de sus características más importantes (Tabla 2) es el contenido de carbono, que determina su estabilidad y capacidad de retener nutrientes (Singh Yadav et al., 2023). Sin embargo, también como propiedades claves en el biocarbón, se tuvieron en cuenta el contenido de cenizas, el pH y la capacidad de intercambio catiónico (CIC).

Tabla 2

Se identificaron 36 cultivos aplicados con biocarbón, clasificados en las siguientes categorías según sus características agronómicas similares: cereales y granos (e.g., arroz, maíz y trigo), hortalizas, verduras y leguminosas (como lechuga, repollo y pimiento verde), frutales y plantas perennes (como raigrás, plántulas de cáñamo y granadilla), cultivos de rotación, y tubérculos y raíces (como batata y mandioca). Los cereales y granos fueron los más estudiados, lo que refleja su importancia en la agricultura global y su potencial para mejorar el rendimiento agrícola mediante el uso de biocarbón, destacando su contribución a la seguridad alimentaria.

En términos de representatividad, los cereales y granos constituyen el 33 % del total de cultivos analizados. Les siguen los frutales y plantas perennes, con el 28 %; y las hortalizas, verduras y leguminosas, que representan el 25 %. Los cultivos de rotación, fundamentales en las prácticas agrícolas sostenibles, abarcan el 8 %, mientras que los tubérculos y raíces, aunque menos predominantes, aportan un 6 %. Esta diversidad refleja el amplio rango de biomasas agrícolas disponibles para aplicaciones sostenibles en la producción de biocarbón.

Se analizaron las propiedades más evaluadas para determinar el impacto del biocarbón en la calidad del suelo. En el ámbito físico, destacaron la capacidad disponible de agua (24 %), la densidad aparente (22 %), la capacidad de retención de agua (19 %) y la porosidad (15 %). Entre las propiedades químicas sobresalieron el pH (21 %), el carbono orgánico del suelo (13 %) y la CIC (11%). A nivel biológico, resaltaron la diversidad de microorganismos (24 %), la materia orgánica (20 %), la actividad enzimática (15 %) y la actividad microbiana (11 %). Adicionalmente, se analizó el impacto del biocarbón sobre el comportamiento de estos indicadores (Tabla 3).

Tabla 3

DA: densidad aparente; COS: carbono orgánico del suelo; CIC: capacidad de intercambio catiónico; NT: nitrógeno total; CT: carbono total; EC: conductividad eléctrica; DOC: carbono orgánico disuelto; nutrientes totales y disponibles: P, K, Ca, Mg; NA: nitrógeno alcalino; ACCE: equivalente de carbonato de calcio activo CaCO₃; TCCE: equivalente total de carbonato de calcio CaCO₃; EEA: actividad enzimática extracelular del suelo; MOS: materia orgánica del suelo

La biomasa agrícola destaca como principal fuente debido a la disponibilidad de subproductos agrícolas fácilmente accesibles que, de otra manera, serían descartados. Esta biomasa no solo contribuye a la sostenibilidad agrícola y a la reducción de residuos, sino que también ayuda a reducir la dependencia de combustibles fósiles (Hamissou et al., 2023). Los residuos de la industria forestal, aunque menores en proporción, son importantes dado que promueven la economía circular y el uso eficiente de los recursos (Joseph et al., 2021). El estiércol animal se presenta como una biomasa valiosa por su alto contenido de nutrientes y materia orgánica, mejorando la calidad del suelo y mitigando así el impacto ambiental al reducir las emisiones de GEI asociadas a la descomposición del estiércol bajo condiciones convencionales (He et al., 2024). Aunque los residuos urbanos e industriales representan una fracción pequeña, su inclusión ofrece beneficios al permitir la reutilización de subproductos y reducir el impacto ambiental, alineándose con las metas de sostenibilidad global y de reducción de la huella de carbono (Saharudin et al., 2024).

De esta manera, las propiedades del biocarbón varían según su materia prima, debido a las diferencias en sus composiciones elementales y mineralógicas. Los residuos agrícolas y de madera contienen principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina. Esta última, al ser el principal precursor del biocarbón, influye en sus propiedades fisicoquímicas, dando lugar a biocarbón con características distintas según el proceso de pirólisis (Barrezueta Unda et al., 2024; Börcsök & Pásztory, 2020; Tan, 2023). Por ello, la Tabla 1 sugiere que el rendimiento del biocarbón varía considerablemente según el tipo de biomasa empleada. Los materiales agrícolas y forestales presentan una gama amplia de rendimientos debido a diferencias en composición química y homogeneidad. El estiércol animal, si bien depende del tipo de estiércol y las condiciones de pirólisis, se caracteriza generalmente por ofrecer altos rendimientos (40-60 %), mientras que los lodos de aguas residuales destacan por su alta porosidad, su elevada capacidad de adsorción de contaminantes y su riqueza en nutrientes (Gopinath et al., 2021; Jat Baloch et al., 2023; Rathnayake et al., 2023; Zhang et al., 2022). En el caso de la biomasa industrial, aunque no se especifica un rendimiento concreto, sus subproductos, como por ejemplo los lodos de fábricas de papel, poseen una alta capacidad para la adsorción de contaminantes como cadmio y arsénico (Xu et al., 2021).

En las investigaciones estudiadas (Tabla 2) se identifica que el biocarbón de madera producido a temperaturas elevadas (600-650 °C) es notablemente estable y rico en carbono (60.2 %), lo que lo hace beneficioso para la mejora del suelo (Liu et al., 2022). En comparación, el biocarbón de paja de arroz tiene menor contenido de carbono (42.6 %), lo que limita su efectividad en el secuestro de carbono a largo plazo (Jiang et al., 2021). El contenido de cenizas varía entre tipos: la paja de maíz procesada a 450 °C tiene un 20.8 % de cenizas (Ma et al., 2023), mientras que la madera blanda muestra solo un 2.44 %, lo que indica una mayor pureza y un menor contenido de residuos minerales (Garau et al., 2024; Gutiérrez et al., 2021). El pH, esencial para reducir la acidez, mejorar la disponibilidad de nutrientes y favorecer un entorno saludable para las plantas y los microorganismos, varía según la biomasa del biocarbón, destacándose el de paja de tabaco, con un pH de 11.2, ideal para suelos ácidos (Amoah-Antwi et al., 2020; Chen et al., 2023; Si et al., 2024). La mayoría de los biocarbones son de pH alcalino y deben seleccionarse según las necesidades del suelo. Además, la CIC es clave para la retención de nutrientes, siendo alta en biocarbón de poda de huertos (101 cmol.kg^-1) (Idbella et al., 2024). De igual manera, el área superficial del biocarbón es crucial para su capacidad de adsorción. Por ejemplo, el biocarbón de astillas de madera tiene una alta superficie de más de 205 m².g^-1, ideal para aplicaciones de alta adsorción, mientras que el de cáscara de maní es mucho menor, con 2.24 m².g^-1 (Lozano & Afanasjeva, 2023; Rijk et al., 2024; Xu et al., 2024). La porosidad también varía, destacándose el biocarbón de cascarilla de arroz por su alta porosidad total (86.43 %), lo que favorece la retención de agua y nutrientes (Puentes-Escobar et al., 2022).

El contenido de nutrientes es otro factor importante. El biocarbón de paja de trigo, producido a 400 °C, tiene un alto contenido de nitrógeno (31.6 g.kg^-1), útil para suelos deficientes, en contraste con el biocarbón de cáscara de maní, que contiene solo 0.58 g.kg^-1. El biocarbón de bambú es rico en fósforo (8532.8 ppm), adecuado para suelos pobres en este nutriente (Orozco Gutiérrez et al., 2021; Purkaystha et al., 2022; Xu et al., 2024). Estas diferencias muestran que las propiedades del biocarbón varían según el tipo de biomasa y el método de producción, requiriendo aplicaciones específicas según las necesidades del suelo.

Los estudios analizados resaltan cómo el biocarbón influye en el rendimiento de diversos cultivos en comparación con suelos sin tratamiento (controles) o tratados con otras enmiendas. Por ejemplo, Manka’abusi et al. (2024) reportaron aumentos del 32 y 42 % en los rendimientos de repollo y amaranto, respectivamente, cuando se usó biocarbón a base de mazorca de maíz. Otros estudios han encontrado incrementos de hasta un 81.36 % en la biomasa de arroz al aplicar biocarbón derivado de cáscara de maní y paja de maíz (Xu et al., 2024). En los primeros años de estudio, Khan et al. (2024) evidenciaron que el biocarbón aumentó el rendimiento de arroz y colza en 12 y 22 % respectivamente, con rendimientos aún mayores en los siguientes años al usar solo biocarbón.

Además, el biocarbón ha mostrado beneficios en cultivos específicos. Zhang et al. (2021) reportaron un incremento en la calidad de los cítricos, mientras que Liu et al. (2022) observaron un aumento en la biomasa de Panax ginseng. También se han destacado efectos positivos en cultivos como cáñamo y albahaca (Garau et al., 2024; Pérez-Cabrera et al., 2022), así como en plántulas de granadilla (Puentes-Escobar et al., 2022). En general, los estudios indican que el biocarbón puede ser una herramienta eficaz para mejorar la fertilidad del suelo y aumentar el rendimiento de diversos cultivos. Sin embargo, su efectividad depende del tipo de biocarbón utilizado y de la dosis aplicada. Las investigaciones indican que las dosis más comunes en agricultura están entre las 10 y las 20 t.ha⁻¹, aunque algunos autores sugieren que estos valores pueden aumentar según la calidad del suelo y la escala del experimento (Agbede & Oyewumi, 2022; Frimpong et al., 2021; Kalu et al., 2021; Liu et al., 2022, 2024a; Orozco Gutiérrez et al., 2021).

El uso de indicadores clave en los estudios permitió evaluar cómo diversas propiedades del suelo afectan sus funciones fundamentales. Por ejemplo, la capacidad de retención de agua es esencial para la filtración y el almacenamiento de nutrientes, así como para la biodiversidad. La densidad aparente y la porosidad son factores clave para garantizar la estabilidad estructural del suelo, proporcionar soporte a las raíces y facilitar la producción de biomasa. Los indicadores químicos (el pH, el COS y la CIC) ayudan a entender el ciclaje de nutrientes y la dinámica de regulación de solutos. Los aspectos biológicos, como la actividad enzimática y la diversidad de microorganismos, son críticos para la biodiversidad y el secuestro de carbono (Amoah-Antwi et al., 2020).

Los estudios indican que la aplicación de biocarbón en el suelo ofrece beneficios significativos en términos de propiedades físicas, lo que se ve particularmente reflejado en la mejora de la capacidad de retención de agua y la salud general del suelo (Tabla 3). En suelos franco-arenosos, la adición de biocarbón incrementó el contenido de humedad en cultivos de arroz y colza, con aumentos de hasta 31 y 22 % respectivamente en distintos períodos, y, en suelos con estrés salino, la capacidad de retención de agua aumentó en un 18.93 % (Khan et al., 2024; Liu et al., 2024b). De manera similar, Boudjabi et al. (2023) observaron, en suelos calcisoles, característicos de climas áridos y semiáridos, un aumento significativo en el contenido de agua con la aplicación de dosis bajas de biocarbón. Este efecto de retención hídrica es consistente con los hallazgos de Sharma et al. (2025), quienes reportaron un incremento del 21 % en la humedad del suelo al aplicar biocarbón a una tasa de 3 t.ha⁻¹ en suelos de textura franco-arcillosa-arenosa.

La densidad aparente del suelo también disminuye con la adición de biocarbón, lo cual mejora la aireación y facilita la penetración de raíces, además de reducir la compactación (Garau et al., 2024; Liu et al., 2024a; Ma et al., 2023; Sharma et al., 2025). Liu et al. (2024a, 2024b) reportaron una disminución de la densidad aparente de hasta un 16.67 % bajo un estrés salino del 60 %, así como un aumento en la humedad, favoreciendo las condiciones para el desarrollo radicular en suelos franco-arenosos. La estructura porosa del biocarbón ha demostrado incrementar la porosidad total del suelo, facilitando la absorción de nutrientes (Agbede & Oyewumi, 2022; Hamissou et al., 2023). En suelos con estrés salino de 20 y 60 % se observaron aumentos de 7.06 y 4.59 % en la porosidad total con biocarbón de cáscara de arroz, mientras que, con paja de arroz, este valor aumentó en un 14 y un 19 % en cultivos de colza y arroz respectivamente (Khan et al., 2024; Liu et al., 2024b). Esto también mejoró la infiltración de agua y el almacenamiento de aire, aspectos clave para mitigar la erosión.

Los estudios mostraron un impacto en las propiedades químicas del suelo, como el aumento del pH (Tabla 3), observándose un incremento del 3.16 y el 4.22 % en suelos franco-arenosos tratados con biocarbón de mazorca de maíz y cáscara de arroz (Frimpong et al., 2021; Liu et al., 2024b). En suelos franco-limosos se registró un aumento del pH de 7.82 a 7.91 con la adición de 6 % de biocarbón, lo que sugiere que este compuesto puede mitigar el estrés ácido del suelo (Irfan et al., 2021).

La mayoría de los estudios indican que el carbono orgánico del suelo (COS) aumenta tras la aplicación de biocarbón, con un impacto positivo en su retención a largo plazo (Idbella et al., 2024; Jiang et al., 2021; Rijk et al., 2024; Sharma et al., 2025). En suelos franco-arenosos, el COS mostró un incremento inicial con la aplicación de biocarbón de mazorca de maíz, aunque este valor disminuyó con el tiempo. Sin embargo, los niveles de carbono se mantuvieron superiores en comparación con otros tratamientos (Manka’abusi et al., 2024). De manera similar, en suelos tratados con biocarbón de cáscara de arroz, paja de maíz y estiércol porcino se reportaron incrementos de 18-27 % en el COS de todos los tratamientos evaluados (Liu et al., 2024b). Además, el biocarbón ha demostrado ser efectivo en la acumulación de carbono en suelos con bajas concentraciones, promoviendo el incremento de las fracciones de carbono lábiles y estables (Amoah-Antwi et al., 2020; Chagas et al., 2022). Este efecto favorece el secuestro de carbono a largo plazo, contribuyendo a la mejora de la calidad del suelo y a la mitigación del cambio climático.

Respecto a la CIC, diversos estudios reportan incrementos significativos tras la adición de biocarbón, con aumentos del 14 % utilizando biocarbón a base de maíz, del 23.8 % con paja de trigo y hasta en un 48.8 % con una mezcla de cáscara de maní y paja de maíz. Estos resultados evidencian la efectividad del biocarbón para mejorar la fertilidad del suelo y potenciar su capacidad para retener nutrientes esenciales (Liu et al., 2022; Xu et al., 2024; Zhang et al., 2021). El efecto del biocarbón no solo se atribuye al aporte directo de nutrientes, sino también a la mejora en la absorción de minerales por parte de las plantas (James et al., 2022; Orozco Gutiérrez et al., 2021). Su aplicación aumenta la disponibilidad de nutrientes esenciales como el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K). Por ejemplo, el biocarbón de cáscara de arroz y rastrojo de maíz eleva estos nutrientes en comparación con el control, mientras que el biocarbón de paja de trigo incrementa el P y el K en suelos superficiales. En suelos salinos y alcalinos, el biocarbón -especialmente el de bambú- favorece la disponibilidad de nutrientes y el crecimiento de cultivos (Li et al., 2023; Lozano & Afanasjeva, 2023; Orozco Gutiérrez et al., 2021; Si et al., 2024; Zhang et al., 2021).

Los estudios muestran que la adición de biocarbón tiene un impacto positivo en las propiedades biológicas del suelo (Tabla 3). La actividad enzimática y la diversidad microbiana cambian con la incorporación de biocarbón, promoviendo la abundancia de grupos beneficiosos. Se han observado incrementos en las actividades enzimáticas de ureasa, invertasa, fosfatasa y catalasa en cultivos de arroz, colza y toronjil (Khan et al., 2024; Liu et al., 2024a). Por ejemplo, Ma et al. (2023) reportaron un aumento del 18 % en el carbono de la biomasa microbiana (MBC) en suelos con biocarbón de paja de maíz, así como un entorno más propicio para oligótrofos. Sin embargo, la diversidad microbiana disminuyó en las capas profundas (40-60 cm). El biocarbón de paja de trigo favoreció la diversidad de bacterias, pero redujo la uniformidad de los hongos (Zhang et al., 2021). Además, el biocarbón de maíz y madera promovió el crecimiento de Proteobacteria y Actinobacteria, que protegen las raíces de enfermedades (Idbella et al., 2024; Liu et al., 2022). Idbella et al. (2024) también observaron un incremento en Chytridiomycota en la rizosfera, lo cual está ligado a una mejor retención de agua y una mejor descomposición de materia orgánica. Xu et al. (2024) destacaron que el biocarbón de cáscara de maní y paja de maíz aumentó la abundancia y diversidad microbiana, mejorando la estructura de la comunidad y elevando los índices de diversidad alfa (Chao1 y Shannon). Estos cambios indican una mejora en la respiración del suelo y la funcionalidad microbiana general (Rijk et al., 2024).

El biocarbón presenta un notable potencial para mejorar la calidad del suelo, como se ilustra en la Figura 2, incrementando la retención de agua, la porosidad y estimulando la actividad microbiana y enzimática, lo que beneficia el desarrollo de los cultivos (Agbede & Oyewumi, 2022; Hamissou et al., 2023; Idbella et al., 2024; Ma et al., 2023; Purkaystha et al., 2022). Sin embargo, su efectividad depende del tipo de biomasa utilizada y de las condiciones de pirólisis empleadas durante su producción (Chagas et al., 2022).

Figura 2

A corto plazo, el biocarbón mejora la retención de agua y la porosidad, aunque no genera un impacto inmediato en la CIC. En el mediano plazo, puede disminuir temporalmente la disponibilidad de nutrientes al estabilizar la materia orgánica, ralentizando su descomposición (Joseph et al., 2021). A largo plazo, incrementa la disponibilidad de fósforo y la CIC, si bien se observa una reducción en el volumen de los poros, limitando algunos de los beneficios iniciales (James et al., 2022; Joseph et al., 2021). Además, el carbono lábil del biocarbón, responsable de ciertos beneficios, se consume rápidamente, requiriendo aplicaciones periódicas para mantener su efectividad (Idbella et al., 2024). Un desafío adicional es la variabilidad de los resultados del biocarbón según el tipo de suelo y las condiciones ambientales. A pesar de estas limitaciones, esta sigue siendo una herramienta prometedora para mejorar la calidad del suelo, restaurar suelos degradados y fomentar una agricultura sostenible a largo plazo.