Permasalahan lahan yang semakin sempit tiap tahunnya memerlukan ekstensifikasi pertanian yang dapat dilakukan dengan memanfaatkan lahan suboptimal. Sistem tumpangsari pada tanaman sorgum dan kedelai serta penambahan biochar dan pupuk mampu meningkatkan produktivitas lahan dan memenuhi kebutuhan masyarakat. Penelitian ini mengkaji terkait penambahan biochar dan kombinasi pupuk organik dan anorganik untuk komoditas sorgum dan kedelai yang ditanam secara tumpangsari pada sela-sela lahan perkebunan berkayu. Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret - Juni 2023 di Resort Pengelolaan Hutan (RPH), Desa Bleberan, Kecamatan Playen, Kabupaten Gunungkidul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Percobaan menggunakan Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) faktorial dengan tiga faktor perlakuan yaitu dosis Biochar (tanpa Biochar dan Biochar dosis 15 ton/ha), doosis pupuk (urea 100%; kandang sapi 50% : urea 50%; dan kandang sapi 100%), pola tanam (monokultur sorgum, tumpangsari sorgum dan kedelai, dan monokultur kedelai). Analisis menggunakan uji ANNOVA dan dilanjutkan dengan uji DMRT pada taraf 5%, serta uji korelasi untuk mengetahui hubungan antar parameter pengamatan. Hasil penelitian menunjukkan adanya interaksi penggunaan biochar 15 ton/ha, pupuk kandang sapi 100%, dan pola tanam monokultur meningkatkan bobot kering tanaman sorgum dan indeks luas daun tanaman kedelai. Biochar dosis 15 ton/ha meningkatkan jumlah dan lebar bukaan stomata tanaman sorgum. Kombinasi pupuk organik dan anorganik berpengaruh tidak nyata terhadap variabel fisiologis tanaman sorgum dan kedelai yang diamati. Pupuk kandang 100% meningkatkan laju pertumbuhan dan laju asimilasi bersih tanaman sorgum serta indeks luas daun dan kandungan klorofil a tanaman kedelai.Penerapan pola tanam monokultur meningkatkan indeks luas daun, lebar bukaan stomata, laju fotosintesis, dan laju pertumbuhan tanaman sorgum serta indeks luas daun, klorofil a, jumlah dan lebar bukaan stomata, serta laju fotosintesis tanaman kedelai.