موسسه انتشارات دانشگاه تهران تحقیقات آب و خاک ایران 2008-479X 57 7 2026 09 23 Evaluation of The Efficacy of Biochar- Mineral Composites on Immobilizing Heavy Metals (Lead, Zinc, and Cadmium) in A Contaminated Soil ارزیابی کارایی کامپوزیت‌های بیوچار- مواد معدنی بر غیرمتحرک کردن فلزات سنگین (سرب، روی و کادمیوم) در یک خاک آلوده 1637 1681 108834 10.22059/ijswr.2026.413464.670127 FA محمد ماله میر چگینی گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران 0009-0004-9026-2641 احمد گلچین گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران 0000-0002-7193-6821 محمد بابااکبری ساری گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران 0009-0005-3255-378X Journal Article 2026 05 03 Heavy metals are among the most persistent soil contaminants, posing serious threats to environmental health, soil quality, and food security. The application of biochar– mineral composites has attracted considerable attention as a novel strategy for the immobilization of heavy metals in contaminated soils because of the synergistic interactions between their constituent components. In this study, the effects of two types of biochar (wheat straw biochar and common bean (Phaseolus vulgaris L.) straw and pod biochar), three mineral materials (diatomite, triple superphosphate, and zeolite), and six biochar– mineral composites produced through a synergistic approach on the immobilization of lead (Pb), zinc (Zn), and cadmium (Cd) in a heavy metal-contaminated soil were evaluated under controlled conditions. The biochars were produced at 400 °C with a residence time of 3 h, mixed with the mineral materials at a 1:1 ratio (50:50, w/w), and applied to the contaminated soil at rates of 0, 1.25, 2.5, and 5% (w/w). The results showed that all treatments significantly (P< 0.05) reduced the bioavailable concentrations of Pb, Zn, and Cd; however, their effectiveness depended on the type of biochar– mineral composite. The biochar– mineral composites were more effective in immobilizing heavy metals than the individual sorbents applied separately. The lowest DTPA- extractable Pb, Zn, and Cd concentrations were obtained with the common bean biochar– triple superphosphate composite applied at 5% (w/w), with values of 0.913, 27.83, and 3.7 mg kg-1 soil, respectively, corresponding to reductions of 99.70, 86.10, and 86.78%, respectively, compared with the control. This treatment also enhanced maize growth and reduced heavy metal concentrations in the shoots. Overall, biochar– mineral composites, owing to their synergistic effects involving surface adsorption, ion exchange, precipitation, and stable complex formation, represent a promising approach for the immobilization of heavy metals and the reduction of their transfer to plants in contaminated soils. فلزات سنگین از مهم‌ترین آلاینده‌های پایدار خاک هستند که سلامت محیط‌زیست، کیفیت خاک و امنیت غذایی را تهدید می‌کنند. استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار- مواد معدنی به­دلیل اثرات هم‌افزایی میان اجزای تشکیل‌دهنده، به‌عنوان راهکاری نوین برای غیرمتحرک‌ کردن فلزات سنگین در خاک مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، اثرات دو نوع بیوچار (کاه و کلش گندم و کاه و غلاف لوبیا چیتی)، سه نوع ماده معدنی (دیاتومیت، سوپرفسفات تریپل و زئولیت) و شش نوع کامپوزیت تولید شده از آن­ها به­روش هم­افزایی بر غیرمتحرک کردن فلزات سنگین سرب، روی و کادمیوم در یک خاک آلوده به این فلزات در شرایط کنترل شده بررسی شد. بیوچارها در دمای ۴۰۰ درجه سلسیوس و مدت ماندگاری ۳ ساعت تولید و پس از اختلاط با مواد معدنی به نسبت ۵۰ درصد، در سطوح (صفر، 25/1، 5/2 و ۵ درصد وزنی- وزنی) به یک خاک آلوده اضافه شدند. نتایج نشان داد که تمامی تیمارها غلظت قابل‌دسترس سرب، روی و کادمیوم را به‌طور معنی‌داری (P< 0.05) کاهش دادند، اما میزان کارایی آن‌ها به نوع کامپوزیت بیوچار- مواد معدنی وابسته بود. کامپوزیت­های بیوچار- مواد معدنی بیشترین تأثیر را در غیرمتحرک کردن فلزات سنگین در مقایسه با کاربرد تکی هر یک از جاذب­ها داشتند. کمترین غلظت فلزات سنگین سرب، روی و کادمیوم قابل استخراج با DTPA مربوط به تیمار کامپوزیت بیوچار لوبیا- سوپرفسفات تریپل و سطح مصرف 5 درصد به­ترتیب با مقدار 913/0، 83/27 و mg. kg-1 7/3 خاک بود که به­ترتیب 70/99، 10/86 و 78/86 درصد غلظت فلزات سنگین قابل استخراج را نسبت به تیمار شاهد کاهش داد و موجب بهبود رشد گیاه ذرت و کاهش غلظت فلزات سنگین در اندام هوایی شد. به‌طور کلی، استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار- مواد معدنی به­دلیل اثرات هم‌افزایی ناشی از جذب سطحی، تبادل یونی، رسوب و تشکیل کمپلکس‌های پایدار گزینه‌ای مناسب برای غیرمتحرک کردن فلزات سنگین و کاهش انتقال آن‌ها به گیاه در خاک‌های آلوده محسوب می‌شود. https://ijswr.ut.ac.ir/article_108834_1cc9c1faf35e404771324ffaf3dafaa7.pdf