生物质炭不仅是含碳量丰富的稳定物质，而且具有多孔结构、容重小、比表面积大和吸附能力强等特性，在自然条件下通常呈碱性。由于生物质炭的容重远低于矿质土壤，其添加往往可以降低土壤的容重。生物质炭的孔隙分布、颗粒大小以及在土壤中的移动都可以影响土壤孔隙结构，其多孔结构使表层土壤孔隙度增加，进而促进微生物的活动和植物根系的生长。生物质炭可以吸附和保持土壤水分，增强水分的渗透性；其对土壤孔径和分布的改变，可以影响土壤水分的渗滤模式、停留时间和流动路径。生物质炭的添加不仅有利于土壤团聚结构的改善和稳定，其自身也因团聚体的物理保护作用而得以在土壤中长期存留。生物质炭具有表面积大、多孔性以及吸附性强的特点，可以大量吸附土壤中的有机质等营养物质。江苏科研用生物质炭
生物质炭可以提高肥效：生物炭的多孔性、高比表面积、高吸附性和高阳离子交换量，不仅能够吸持有机质养分，而且还可吸持氮、磷、钾等无机养分，能够控制养分缓慢释放，避免养分的挥发和流失，提高肥料的使用效率，节约施肥量。我国化肥平均有效利用率不到30%，肥料有效成分的流失，每年折合人民币高达1000多亿元，并且肥料有效利用率呈逐年下降趋势：上世纪90年代，氮磷钾的利用率分别是30-35%、15-20%和35-40%，而进入本世纪近几年，大田作物氮磷钾的有效利用率分别是21-28%、8-13%和25-30%，肥料浪费愈发严重，既制约了农业增产和农民增收，又污染了环境。全国地表和地下水总氮和总磷污染来源，农业贡献分别是57.2%和67.3%，形势非常严峻。利用生物炭与其它化肥复合生产缓控释肥料，可以提高有效利用率1倍以上，对农业节约投入、增产增收和环境保护具有重要意义。上海环境修复生物质炭丰度控制秸秆生物质炭可以吸附并稳定土壤中的营养物质，提高土壤肥力。
13C标记生物炭研究表明生物炭的固碳潜力由生物炭稳定性及其引起的激发效应决定。利用13C稳定性同位素标记的小麦秸秆制作成生物炭，研究了生物炭在不同土壤中的矿化速率及激发效应差异。研究结果表明：生物炭添加到四种类型的土壤中室内培养368天后，生物炭碳在不同土壤中的矿化量存在差异，寒区水稻土中为15.6mgC/kg土（0.25%），红壤性水稻土中为14.2mgC/kg土（0.23%），黄淮海中为10.4mgC/kg土（0.17%），低肥力红壤性水稻土中为9.92mgC/kg土（0.16%）。生物炭碳矿化量与土壤全钾（r=0.679）以及全碳（r=0.584）含量均有的正相关关系。生物炭在寒区水稻土以及黄淮海水稻土中引发了的负激发效应，激发效应量分别为-284mgC/kg土和-157mgC/kg土；而其在红壤性水稻土以及低肥力红壤性水稻土中引发正激发效应，但并不，激发效应量分别为33.3mgC/kg土和58.0mgC/kg土。生物炭激发效应量与土壤的电导率（r=-0.884）及pH（r=-0.824）成极的负相关关系。研究表明，在评估生物炭固碳潜力时，应综合考虑生物炭自身矿化速率和生物炭引发的土壤碳激发效应。
生物质炭含有发达的孔隙，施用于土壤，可有效降低土壤容重，改善土壤孔隙结构，促进作物根系生长，增强植株对水分和养分的吸收能力，进一步提高作物对不良环境的适应能力。同时，生物黑炭含有丰富的有机大分子，与肥料配施情况下，明显提高土壤对NH4＋—N的吸附与固持作用。同时，可在作物生长期间持续释放氮素，保障作物生长的需求。研究表明，旱地土壤施用小麦秸秆生物质黑炭20～40吨/公顷，土壤有机碳分别增加了25%～42%，土壤容重降低0.17～0.28克/厘米3，每千克氮肥增产由对照的1.25千克提高到2千克以上，玉米产量增加了10%～18%。生物质炭施用下，作物根系发达，植株坚挺健壮，抗病少虫，强降雨下不易倒伏，可明显减缓或规避气候变化引起的虫害、倒伏和旱灾。因此，生物质炭的农业利用是一种保障作物生产的稳产增产、实现资源循环高效利用的新型技术秸秆生物质炭具有较长的使用寿命，可以持续释放有益元素，起到长效改良土壤、净化环境的作用。
氮素是作物生长必需的营养元素，在土壤生态系统的诸多养分物质循环体系中，氮循环也一直是人们研究关注的重点。近年来的研究表明，生物质炭作为土壤改良剂施用，因其高孔隙度和较大比表面积等特性，对NH3、 NH+4NH4+ 和 NO−3NO3− 都具有吸附能力和固持效果，进而减少土壤中氮素的损失。研究表明，生物质炭配合无机氮肥的施用可以有效保持土壤养分状态，提高氮素肥料利用率，保障作物生长和产量。以往研究得出，生物质炭添加可能会减弱、或增加或没有影响土壤有机氮素的矿化过程。虽然生物质炭含有一部分生物可利用的氮素组分，但是生物质炭对土壤有机氮矿化影响的方向和程度主要取决于生物质炭的结构特性、土壤碳氮水平、混合环境中的C/N值以及土壤类型。生物质炭可以去除环境中的污染物，还可以吸附游离碳和氮化合物，减少生物质在转化过程中温室气体的排放。黑龙江生物质炭丰度控制
生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成，从而增强土壤有机质的稳定性。江苏科研用生物质炭
生物质炭对作物产量的影响机制主要包括以下3个方面：（1）pH效应，生物质炭在酸性土中可以提高土壤pH，降低铝毒；（2）养分效应，生物质炭本身含有一些可利用的矿质养分如P、K、Ca、Mg，能增加土壤肥力和作物养分吸收；（3）结构效应，生物质炭本身具有多孔结构，可以极大缓解土壤压实，增加田间持水率，从而利于作物根系的下扎和对水分的吸收。同时，生物质炭具有较大的比表面积，并含有带负电的官能团，能有效提高低CEC土壤的保肥性。江苏科研用生物质炭
