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Biochar-based Controlled-release Fertilizers: Smart Nutrition for Sustainable Agriculture

バイオチャーをベースにした徐放性肥料：持続可能な農業のためのスマート栄養 (AI 翻訳)

P Jayasree, Usha C Thomas

Journal of Experimental Agriculture International📚 査読済 / ジャーナル2026-06-05#agriculture経営インパクト: コスト削減対象セクター: agriculture
DOI: 10.9734/jeai/2026/v48i64278
原典: https://doi.org/10.9734/jeai/2026/v48i64278

🤖 gxceed AI 要約

日本語

バイオチャーを基盤とする徐放性肥料（BCRF）は、土壌への養分供給を制御し、作物収量を15～30％向上させる一方、窒素溶脱や亜酸化窒素排出を大幅に削減する。本レビューは、BCRFの設計原理から実証成果、今後のAI最適化までを系統的に整理し、気候スマート農業への実装フレームワークを提供する。

English

Biochar-based controlled-release fertilizers (BCRFs) regulate nutrient release in soil, boosting crop yields by 15–30% while reducing nitrogen leaching and nitrous oxide emissions. This review synthesizes design principles, field validation, and future AI-driven optimization, offering a framework for climate-smart agriculture deployment.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本では、バイオチャーによる土壌炭素貯留と肥料効率改善が農業分野の脱炭素策として注目される。本論文は、BCRFの実証データを整理し、日本の水田・畑作への適用可能性を検討する際の基礎資料となる。

In the global GX context

BCRFs offer a dual climate benefit: carbon sequestration via biochar and GHG reduction from improved fertilizer efficiency. Globally, they align with agricultural climate mitigation targets and sustainable intensification goals, though field-validated data remain scarce outside tropical regions.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a comprehensive framework for BCRF design and evaluation, highlighting research gaps in long-term field trials and life-cycle assessment.

🏢実務担当者:Offers practical insights on coating materials and feedstock selection to improve fertilizer efficiency and reduce environmental impact.

🏛政策担当者:Supports developing subsidies or incentives for biochar-based fertilizers as part of agricultural climate mitigation strategies.

📄 抄録（日本語訳）

バイオ炭ベースの緩効性肥料（BCRF）は、従来の化学肥料に代わるスマートで持続可能な代替手段として登場し、栄養利用効率の低さと環境汚染という重大な課題に対処している。本レビューは、BCRFが土壌-植物系において受動的な栄養キャリアから知的調節因子へと移行するパラダイムシフトを体系的に統合するものである。2015年1月から2026年4月までの構造化文献検索をWeb of Science、Scopus、Google Scholarにおいて、「biochar-based controlled-release fertilizers」「smart nutrition」「nutrient use efficiency」等のキーワードを用いて実施した。二段階スクリーニング（タイトル/抄録、続いて全文）と体系的なデータ抽出を採用し、堅牢な実験計画と圃場規模での検証を備えた研究を優先した。知見によれば、BCRFは作物収量（15〜30%）、栄養利用効率（Nで最大58.8%）、土壌保水性、炭素隔離を有意に向上させる一方、栄養塩溶脱（69〜88%）、温室効果ガス排出（N₂Oで最大66%）、作物へのカドミウム蓄積（80%）を低減する。主要なメカニズムには、物理的バリア効果、化学的相互作用（水素結合、錯体形成）、刺激応答性放出（pH、水分、温度）が含まれる。先進的な製剤（例：エチルセルロース/大豆ワックス被覆、ナノ対応キャリア、高圧含浸）は放出動態をさらに改善する。しかし、性能は原料、熱分解条件、被覆材料によって変動する。長期的な圃場検証、標準化されたライフサイクルおよび技術経済的評価、生態リスク評価、スケーラブルな生産には課題が残る。今後の方向性としては、多刺激応答システム、AI駆動型最適化、学際的連携が挙げられる。本レビューは、工学から農学への枠組みを提供し、研究者、政策立案者、農家をBCRFの気候スマートな展開へ導くものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Biochar-based controlled-release fertilizers (BCRFs) have emerged as a smart and sustainable alternative to conventional chemical fertilizers, addressing the critical challenges of low nutrient use efficiency and environmental pollution. This review systematically synthesizes the paradigm shift of BCRFs from passive nutrient carriers to intelligent regulators in soil‑plant systems. A structured literature search was performed from January 2015 to April 2026 in Web of Science, Scopus, and Google Scholar using keywords such as “biochar‑based controlled‑release fertilizers”, “smart nutrition”, and “nutrient use efficiency”. A two‑stage screening (title/abstract followed by full text) and systematic data extraction were employed, prioritizing studies with robust experimental designs and field‑scale validations. The findings demonstrate that BCRFs significantly enhance crop yield (by 15–30%), nutrient use efficiency (up to 58.8% for N), soil water retention, and carbon sequestration, while reducing nutrient leaching (by 69–88%), greenhouse gas emissions (up to 66% for N₂O), and cadmium accumulation in crops (by 80%). Key mechanisms include physical barrier effects, chemical interactions (hydrogen bonding, complexation), and stimuli‑responsive release (pH, moisture, temperature). Advanced formulations (e.g., ethylcellulose/soybean wax coatings, nano‑enabled carriers, high‑pressure impregnation) further improve release kinetics. However, performance varies with feedstock, pyrolysis conditions, and coating materials. Challenges remain in long‑term field validation, standardized life‑cycle and techno‑economic assessment, ecological risk evaluation, and scalable production. Future directions include multi‑stimuli responsive systems, AI‑driven optimization, and interdisciplinary collaboration. This review provides an engineering‑to‑agronomy framework to guide researchers, policymakers, and farmers toward climate‑smart deployment of BCRFs.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。