Nghiên cứu môi trường đất trong khai thác quặng sắt và đề xuất giải pháp phục hồi đất tại huyện đồng hỷ, tỉnh thái nguyên TT

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNQUÁCH HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN Ngành: Khoa học môi trường M

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

QUÁCH HOÀNG LONG

NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG

SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI

HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN

Ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 9.44.03.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI

TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Đỗ Thị Lan

2 PGS.TS Đào Châu Thu

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Phản biện 3: ………

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận cấp Trường:

Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Vào hồi …… giờ ngày … tháng …… năm 2021

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên

- Thư viện Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên

-1 Quách Hoàng Long, Đào Châu Thu, Đỗ Thị Lan (2019), Tác động của hoạt

động khai thác quặng sắt đến môi trường đất tại Trại Cau, Đồng Hỷ, Thái Nguyên,

Tạp chí Môi trường, Chuyên đề III, tháng 11/2019.

2 Quách Hoàng Long (2019), Nghiên cứu sử dụng thực vật để phục hồi đất sau khai

thác quặng sắt tại Thái Nguyên, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, số 21.2019.

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của cả nước, các hoạt độngkhai thác khoáng sản đã và đang góp phần rất lớn vào công cuộc đổi mới đất nước.Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta cũng đang phải đối mặtvới nhiều vấn đề về môi trường Quá trình khai thác mỏ phục vụ cho lợi ích củamình, con người đã làm thay đổi môi trường xung quanh Khai thác khoáng sản trênđịa bàn tỉnh Thái Nguyên đã đóng góp vào nguồn thu ngân sách của tỉnh tăng trưởngliên tục qua từng năm Song đây cũng là bài toán về vấn đề môi trường đã, đang và sẽđặt ra cho các cấp có thẩm quyền tại địa phương giải quyết Sau thời gian hoạt độngcủa các mỏ khai thác và chế biến khoáng sản, thường phải mất nhiều năm chúng tamới khắc phục được những hậu quả của nó Sau khai thác, tầng đất mặt bị xáo trộn,trơ sỏi đá, các hiện tượng trượt lở, bồi lấp và tích tụ các chất rắn khiến cho chất lượngnước và đất ở các vùng khai thác khoáng sản bị ảnh hưởng Một số khu vực đất đáthải còn có tiềm năng hình thành dòng axit mỏ, có khả năng hòa tan các kim loạinặng độc hại là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng đối với nước mặt và nước ngầm củakhu vực Quá trình ô nhiễm đất và nước dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làmnghèo thảm thực vật, suy giảm sự đa dạng sinh học Đồng thời chúng có tác độngngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa đất diễn ra nhanh hơn

Tại huyện Đồng Hỷ, hiện tại đang có 18 mỏ sắt đang hoạt động với tổng diệntích chiếm đất là 743,92 ha, trong đó mỏ sắt Trại Cau chiếm tới 291,04 ha Mỏ sắtTrại Cau cũng là mỏ được khai thác sớm nhất, từ năm 1969, còn 17 mỏ sắt khác chỉmới bắt đầu khai thác từ những năm 2009 cho tới nay Quá trình khai thác lâu dài, vớidiện tích chiếm đất lớn, ngày càng xuất hiện những vấn đề về môi trường tại mỏ sắtTrại Cau đang cần phải quan tâm

Xuất phát yêu cầu nêu trên và nhằm đóng góp cơ sở dữ liệu cho thiết lập giảipháp nâng cao hiệu quả sử dụng đất đai sau khi khai thác khoáng sản, chúng tôi tiếnhành thực hiện đề tài với trường hợp nghiên cứu khai thác quặng sắt tại Thái Nguyên

là “Nghiên cứu môi trường đất trong khai thác quặng sắt và đề xuất giải pháp phục hồi đất tại huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên”.

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Đánh giá được thực trạng môi trường đất trong khai thác quặng sắt

- Đánh giá được hiệu quả giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt

- Đề xuất giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt bằng một số loại thực vật

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu mới về môi trường đất khu vực

mỏ sắt ở tỉnh Thái Nguyên Giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt bằng thựcvật đã góp phần bổ sung vào danh mục các giải pháp cải tạo đất ở khu vực khai thácquặng sắt tại địa phương

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu tham khảo tốt cho các nghiêncứu cũng như đào tạo trong lĩnh vực tài nguyên đất ở Việt Nam.

và những nơi có điều kiện tương tự

4 Đóng góp mới của luận án

- Kết quả đánh giá thực trạng về ảnh hưởng của khai thác quặng sắt làm suygiảm độ phì và gây ô nhiễm đất là cơ sở dữ liệu mới góp phần xác định các giải phápphục hồi cho đất sau khai thác khoáng sản

- Giải pháp nhanh chóng phục hồi độ phì đất sau khai thác quặng sắt là bằngtrồng các loại cây theo tiêu chí dễ thích nghi với đất có độ phì thấp, đất bị ô nhiễmđồng thời phải sinh trưởng phát triển nhanh đem lại sinh khối lớn trả lại cho đất Kếtquả đánh giá đã chọn được các loại cây ngắn ngày (đơn buốt, ngải dại, mần trầu vàdương xỉ) và cây lâu năm như keo tai tượng cho phục hồi độ phì đất và xử lý đượcđất bị ô nhiễm kim loại nặng As, Pb và Cd ở vùng khai thác quặng sắt Thái Nguyên

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Trong chương này, luận án tổng quan các vấn đề sau:

- Đã làm rõ các cơ sở khoa học về môi trường đất sau khai thác khoáng sản:Một số khái niệm về môi trường đất, thoái hóa đất và ô nhiễm môi trường đất saukhai thác khoáng sản

- Đã làm rõ được vấn đề khai thác khoáng sản và những tác động đến môitrường: Khoáng sản và khai thác khoáng sản và tác động gây ô nhiễm môi trường củahoạt động khai thác khoáng sản

- Luận án tổng quan kim loại nặng và ô nhiễm do kim loại nặng trong đất: Kimloại nặng trong đất và đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản

- Luận án đã tóm tắt tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất saukhai thác khoáng sản trên Thế giới và ở Việt Nam:

+ Tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoángsản trên Thế giới: Khái quát các phương pháp cải tạo phục hồi đất sau khai tháckhoáng sản và tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai tháckhoáng sản

+ Tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoángsản ở Việt Nam: Khái quát chung và tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môitrường đất sau khai thác khoáng sản bằng các loại thực vật

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Một số tính chất độ phì của đất sau khi khai thác quặng sắt thuộc khu mỏ sắtTrại Cau, Thái Nguyên

- Xác định một số loại thực vật để cải tạo tính chất lý hóa học đất sau khai thácquặng sắt tại mỏ Trại Cau

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Về không gian: khu vực mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

- Về thời gian: từ 2016 - 2019

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quanđến khai thác quặng sắt;

- Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực mỏsắt Trại Cau;

- Đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai thác quặng sắt của một số loài thực vậttại khu vực mỏ sắt Trại Cau;

- Đề xuất giải pháp cải tạo đất sau khai thác quặng sắt

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Khung nghiên cứu

Hình 2.1 Khung nghiên cứu thực trạng môi trường và giải pháp phục hồi đất

sau khai thác quặng sắt

(Các nghiên cứu liên quan đến nội dung nghiên cứu, đến giải pháp)

Xác định mô hình nghiên cứu và các thang đo

Nghiên cứu xác định giải pháp

(Tiến hành thí nghiệm, khảo sát mô hình)

Tổng hợp và xử lý số liệu

(Xử lý số liệu theo SPSS)

Kết quả, đánh giá và giải pháp

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

- Các thông tin cần thu thập:

+ Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu

+ Thực trạng khai thác khoáng sản nói chung và khoáng sản quặng sắt nóiriêng của khu vực nghiên cứu

+ Tình hình quản lý và hoạt động sản xuất của mỏ sắt Trại Cau

+ Các thông tin, kết quả nghiên cứu đã có thuộc lĩnh vực đề tài

- Nguồn tiến hành thu thập số liệu:

+ UBND tỉnh Thái Nguyên và UBND huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.+ Sở Tài nguyên và Môi trường Thái Nguyên, phòng Tài nguyên và Môitrường huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

+ Cục Thống kê Thái Nguyên

+ Ban quản lý các mỏ khai thác quặng sắt khu vực Trại Cau

+ Các công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí, hội thảo, nhà xuấtbản, đề tài/dự án nghiên cứu khoa học và phát triển, luận án tiến sĩ, báo cáo… trongnước và quốc tế từ bản in và internet

2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp

- Phương pháp khảo sát thực địa:

+ Khảo sát thực địa, kiểm tra và so sánh với các số liệu hiện trạng của các cơquan quản lý gián tiếp và trực tiếp mỏ sắt Trại Cau

+ Khảo sát và xác định các vị trí lấy mẫu phân tích đất, các vị trí tiến hành cácthực nghiệm

+ Trên cơ sở thừa kế số liệu của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản

(2018), đề tài tiến hành khảo sát để kiểm chứng việc đánh giá hiện trạng các tai biến

sụt lún, nứt đất, mất nước các giếng

+ Điều tra thực địa xác định một số loại thực vật hiện có trên vùng đất sau khai

mỏ Mục tiêu của khảo sát này để có thông tin sơ bộ cho kết luận loại cây sau khi cókết quả phỏng vấn người dân theo phiếu

- Phương pháp điều tra phỏng vấn người dân theo phiếu:

Để đánh giá khả năng phân bố một số loại cây mọc phổ biến trên đất vùng mỏsắt Trại Cau, đề tài tiến hành điều tra ý kiến của các hộ dân sống tại khu vực TrạiCau

Theo số liệu thống kê của địa phương vùng mỏ sắt Trại Cau cho biết số hộ dânsống trong phạm vi từ trung tâm mỏ đến cự ly 300 m so với mỏ là 172 hộ Áp dụngcông thức Slovin với số lượng 172 hộ, tính toán được tổng số mẫu cần điều tra là 120mẫu – 120 phiếu điều tra Số hộ điều tra được chọn ngẫu nhiên ở tại và gần các vị trígần, xa, khu đất tự nhiên, đất đã hoàn thổ, đất đang khai thác…của mỏ sắt Trại Cau

2.3.4 Xác định các vị trí lấy mẫu phân tích đất, cây và các vị trí tiến hành các thực nghiệm

Sử dụng máy GPS để định vị tọa độ địa lý của các khu vực điều tra, khảo sát vàthu mẫu ngoài thực địa.

- Xác định các vị trí lấy mẫu phân tích, được nhắc lại 3 lần cho mỗi nội dung:+ Lấy mẫu đất phân tích ở các vị trí có cự ly khác nhau với khu khai thác mỏ+ Lấy mẫu đất phân tích ở các các khu đất khác nhau của mỏ

+ Lấy mẫu đất và cây phân tích đánh giá khả năng thu hút kim loại nặng củamột số loại cây mọc trong đất khu vực mỏ sắt Trại Cau

- Tiến hành thí nghiệm và mô hình:

+Thí nghiệm đánh giá khả năng cải tạo đất và xử lý đất bị ô nhiễm của một sốloại cây phủ đất ở vùng mỏ sắt Trại Cau

+ Mô hình đánh giá khả năng cải tạo độ phì đất của cây keo tai tượng trên đấtsau khai thác mỏ sắt Trại Cau

2.3.5 Phương pháp lấy mẫu phân tích, theo dõi các chỉ tiêu nghiên cứu

- Các chỉ tiêu nghiên cứu về đất:

+ Các chỉ tiêu quản lý bề mặt đất: Hiện trạng tai biến sụt lún, nứt đất, mất nướccác giếng và rạn nứt công trình xây dựng Mức độ và số lượng các sụt lún, nứt đất,mất nước các giếng và rạn nứt công trình xây dựng

+ Khối chỉ tiêu chất lượng đất: Chỉ tiêu vật lý đất (Dung trọng, tỷ trọng, độ xốp

và thành phần cơ giới 3 cấp) Chỉ tiêu hóa học đất: pH, Mùn (%), N (%), P2O5 (%),

K2O (%), Kim loại nặng (mg/100g đất): Fe, Zn, Pb, Cd, As Các phương pháp phântích các chỉ tiêu trên tuân theo TCVN

- Phương pháp theo dõi thực vật: Sinh khối thân cành lá cây

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu

Các số liệu nghiên cứu được xử lý thống kê toán học trên các phần mềm Excel

và SPSS

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt

- Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liênquan đến khai thác quặng sắt:

a, Thuận lợi

+ Đồng Hỷ có vị trí địa lý thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội nói chung và

là lợi thế cho phát triển ngành khai khoáng nói riêng

+ Đồng Hỷ có nguồn tài nguyên khoáng sản lớn, vừa đa dạng vừa có trữ lượnglớn của tỉnh Thái Nguyên

+ Định hướng phát triển kinh tế xã hội của huyện thuận lợi cho phát triểnngành khai khoáng

b, Khó khăn trở ngại

+ Điều kiện tự nhiên vùng đồi núi, chia cắt là trở ngại lớn cho phát triển kinh tếnói chung và ngành khai khoáng nói riêng.

+ Các điểm khai thác khoáng sản gần các khu dân cư nên những tai biến địachất và ô nhiễm môi trường của quá trình khai thác làm ảnh hưởng trực tiếp đến đờisống người dân

- Những vấn đề môi trường đất trong hoạt động khai thác khoáng sản sắt: Kết quả khảo sát thực tế tại các điểm khai thác quặng sắt ở huyện Đồng Hỷtỉnh Thái Nguyên cho thấy hoạt động khai thác mỏ ở đây đã thực sự gây ảnh hưởngnhiều mặt đến các dạng tài nguyên thiên nhiên và các yếu tố môi trường với cường độ

và quy mô khác nhau

3.2 Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực

mỏ sắt Trại Cau

3.2.1 Khái quát mỏ sắt Trại Cau

Mỏ sắt Trại Cau thuộc thị trấn Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên,cách thành phố Thái Nguyên khoảng 18 - 20 km, đã tổ chức khai thác từ thời Phápthuộc 1928 – 1929 Mỏ sắt Trại Cau khai thác lộ thiên Vì vậy, quá trình khai thác đãtác động đến môi trường của khu vực

3.2.2 Ảnh hưởng của khai thác quặng sắt đến hiện tượng sụt lún, mất nước tại khu vực mỏ

Tình trạng sụt lún, mất nước khu vực xung quanh mỏ sắt Trại Cau huyện Đồng

Hỷ xảy ra và càng ngày càng nghiêm trọng (Bảng 3.6) Nguyên nhân gây tai biến:

Nguyên nhân chính gây tai biến địa chất là do đào - xúc đất, phá đá nổ mìn tạothành bờ moong dốc và bơm hút nước tháo khô mỏ đã hạ thấp mực nước dưới đấttrong tầng chứa nước khe nứt - karste với hệ thống hang ngầm rất phát triển, quy môlớn phức tạp tại mỏ sắt tầng sâu núi Quặng

Bảng 3.6 Thống kê hố sụt, rạn nứt và mất nước khu mỏ Trại Cau

Rạn nứt

các giếng khơi và mộtphần từ các giếng khoan

3.2.3 Ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng sắt đến tính chất đất khu vực mỏ

Để đánh giá chất lượng đất tại các khu vực khai thác quặng sắt, đề tài đã tiến hànhkhảo sát thực địa và lấy các mẫu đất để phân tích ở tại 05 vị trí có cự ly khác nhau so vớikhu vực khai trường của mỏ và 05 khu vực sử dụng đất khác nhau của mỏ

3.2.3.1 Tính chất lý hóa tính của đất ở các vị trí có cự ly khác nhau so với khu vực khai trường

Bảng 3.8 Một số tính chất lý học đất ở các vị trí so với khu vực khai trường

TT Cự ly so với khu

vực khai thác mỏ

Tầng đất (cm)

Dung trọng (g/cm 3 )

Độ xốp (%)

Thành phần cơ giới (%) Cát

(>0,02mm)

Limon (0,002- 0,02mm)

Sét (<0,002 mm)

ở các vị trí so với khu vực khai trường

Bảng 3.10 Kim loại nặng trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực

khai trường

TT Cự ly so với khu

vực khai thác mỏ

Tầng đất (cm)

Hàm lượng kim loại nặng (mg/kg đất)

-Hình 3.11 Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các vị trí

so với khu vực khai trường

Hình 3.12 Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các vị trí xa dần

so với khu vực khai trường

Đánh giá chung về tính đất ở các vị trí có cự ly khác nhau so với khu vực khai trường:

Từ số liệu phân tích ở trên cho phép đánh giá:

- Về tính chất vật lý đất: Ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, một sốtính chất vật lý đất càng có xu hướng tốt hơn và ngược lại, càng gần khu vực khaitrường thì càng xấu đi Cụ thể, ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, dung

trọng đất có xu hướng giảm dần, độ xốp đất tăng dần Như vậy có thể thấy hoạt độngkhai thác mỏ đã phần nào ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất vật lý của đất.

- Về tính chất hóa học đất: Tương tự như tính chất vật lý đất, ở các vị trí càng

xa dần khu vực khai thác mỏ, một số tính chất hóa học đất càng có xu hướng tốt hơn

và và ngược lại, càng gần khu vực khai trường thì càng xấu đi Cụ thể, ở các vị trícàng xa dần khu vực khai thác mỏ, pH đất có xu hướng tăng lên, hàm lượng mùntrong cả hai tầng đất ở các vị trí càng xa mỏ thì càng có xu hướng tăng lên và đạt caonhất ở cự ly 200 m so với mỏ Hàm lượng mùn tăng lên kéo theo hàm lượng các chấtdinh dưỡng N, P, K cũng tăng lên đáng kể Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác

mỏ đã phần nào ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất hóa học của đất

- Về hàm lượng kim loại nặng: Sự biến động của hàm lượng kim loại nặngtrong đất cũng khá giống với thay đổi tính chất lý hóa của đất, ở các vị trí càng xa dầnkhu vực khai thác mỏ, hàm lượng một số kim loại nặng trong đất càng có xu hướnggiảm dần và đạt QCVN 03-MT:2015/BTNMT và ngược lại, càng gần và ngay tại khuvực khai trường thì rất nguy hại Cụ thể, hàm lượng kim loại năng As, Pb, Cd, Zn đềuvượt QCVN 03-MT:2015/BTNMT ở khu vực khai thác mỏ, ngoài khu vực khaitrường và nhất là cách từ 100 m trở đi thì không bị ô nhiễm nữa Như vậy có thể thấyhoạt động khai thác mỏ đã làm ô nhiễm kim loại nặng trong đất

3.2.3.2 Tính chất lý hóa tính của đất tại các khu đất khác nhau của mỏ

Số liệu nghiên cứu về tính chất hóa lý và hàm lượng kim loại nặng trong đấtcác khu đất khác nhau của mỏ trình bày tại bảng 3.11, hình 3.15, bảng 3.13, hình 3.15

và 3.17

Bảng 3.11 Một số tính chất lý học đất ở các khu đất khác nhau của mỏ

TT Vị trí

Tầng đất (cm)

Dung trọng (g/cm 3 )

Độ xốp (%)

Thành phần cơ giới (%) Cát

(>0,02 mm)

Limon (0,002- 0,02mm)

Sét (<0,002 mm)

20 - 40 1,24 51,9 41 42 17

-Hình 3.15 Hàm lượng mùn và N, P 2 O 5 , K 2 O trong đất tầng 0 - 20 cm

ở các khu đất khác nhau của mỏ

Bảng 3.13 Kim loại nặng trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ