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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -  - 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên - 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -  - 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đỗ Thị Lan PGS.TS Đào Châu Thu Thái Nguyên - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa công bố tạp chí khoa học nước sử dụng luận văn, luận án để bảo vệ nhận học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Thái Nguyên, ngày 27 tháng 02 năm 2021 Nghiên cứu sinh Quách Hoàng Long ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành cơng trình này, ngồi cố gắng thân, nhận quan tâm, giúp đỡ động viên nhiều tập thể, nhà khoa học, đồng nghiệp bạn bè Nhân dịp này, xin bày tỏ lời cảm ơn đến tập thể thầy, cô giáo Khoa Mơi trường, Khoa Quản lý Tài ngun, Phịng Đào tạo, Ban giám hiệu, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên; Hội Khoa học đất Việt Nam, tạo thuận lợi tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc kính trọng đến PGS TS Đỗ Thị Lan - Trưởng khoa Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên PGS.TS Đào Châu Thu - Hội Khoa học đất Việt Nam, người thầy hướng dẫn khoa học cho đề tài luận án, có định hướng nội dung, phương pháp giải vấn đề suốt trình thực hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Sở Tài nguyên Môi trường, UBND huyện Đồng Hỷ, UBND thị trấn Trại Cau tỉnh Thái Nguyên Ban quản lý mỏ sắt Trại Cau, tạo thuận lợi cho tơi suốt q trình điều tra, thu thập số liệu, tài liệu thực thí nghiệm, thực nghiệm mơ hình đề tài luận án Cuối xin đặc biệt cảm ơn bạn bè người thân động viên, khích lệ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi sống để hồn thành kết nghiên cứu luận án Thái Nguyên, ngày 27 tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Quách Hoàng Long iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 4 Đóng góp luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở khoa học môi trường đất sau khai thác khoáng sản 1.1.1 Một số khái niệm môi trường đất 1.1.2 Thối hóa đất 1.1.3 Ô nhiễm môi trường đất 1.2 Khai thác khoáng sản tác động đến môi trường 10 1.2.1 Khoáng sản khai thác khoáng sản 10 1.2.2 Tác động gây ô nhiễm môi trường hoạt động khai thác khống sản .13 1.3 Kim loại nặng nhiễm kim loại nặng đất 17 1.3.1 Kim loại nặng đất 17 1.3.2 Đất nhiễm kim loại nặng khai thác khống sản 20 1.4 Tình hình nghiên cứu, cải tạo môi trường đất sau khai thác khoáng sản Thế giới Việt Nam 24 1.4.1 Tình hình nghiên cứu, cải tạo mơi trường đất sau khai thác khoáng sản Thế giới 24 1.4.2 Tình hình nghiên cứu, cải tạo mơi trường đất sau khai thác khống sản Việt Nam 32 1.5 Nhận xét từ nghiên cứu tổng quan hướng nghiên cứu đề tài .38 iv CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 40 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 40 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 40 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 2.2.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 40 2.2.2 Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 40 2.2.3 Đánh giá khả cải tạo đất sau khai thác quặng sắt số loài thực vật khu vực mỏ sắt Trại Cau 40 2.2.4 Đề xuất giải pháp cải tạo đất sau khai thác quặng sắt 41 2.3 Phương pháp nghiên cứu 41 2.3.1 Khung nghiên cứu 41 2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 42 2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 42 2.3.4 Xác định vị trí lấy mẫu phân tích đất, vị trí tiến hành thực nghiệm 43 2.3.5 Phương pháp lấy mẫu phân tích, theo dõi tiêu nghiên cứu 49 2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 51 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 52 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 52 3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 62 3.1.3 Đánh giá chung điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt 64 3.2 Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 65 3.2.1 Khái quát mỏ sắt Trại Cau 65 3.2.2 Ảnh hưởng khai thác quặng sắt đến tượng sụt lún, nước khu vực mỏ 69 3.2.3 Ảnh hưởng hoạt động khai thác quặng sắt đến tính chất đất khu vực mỏ 74 3.3 Đánh giá khả cải tạo đất sau khai thác quặng sắt số loài thực vật khu vực mỏ sắt Trại Cau 90 v 3.3.1 Điều tra diện đặc điểm thực vật học số loại mọc phổ biến đất vùng mỏ sắt Trại Cau 90 3.3.2 Đánh giá khả thu hút kim loại nặng số loại mọc đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 100 3.3.3 Tiến hành thí nghiệm khảo sát mơ hình sử dụng loại tự nhiên trồng có khả phục hồi đất sau khai mỏ 103 3.4 Đề xuất giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt 121 3.4.1 Căn đề xuất giải pháp 121 3.4.2 Giải pháp sách 122 3.4.3 Giải pháp kỹ thuật 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 Kết luận 125 Kiến nghị 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC GDP HTX KLN MĐ MĐC MC PTNT QCVN TCVN THCS TNHH TKV TNHH UBND vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Hiện trạng chất lượng môi trường đất số mỏ Thái Nguyên 15 Bảng 1.2 Các nguồn kim loại nặng từ số hoạt động sản xuất công nghiệp 20 Bảng 1.3 Hàm lượng KLN số loại đất khu mỏ hoang Songcheon 21 Bảng 1.4 Hàm lượng kim loại nặng đất số mỏ Anh 22 Bảng 1.5 Một số lồi thực vật có khả tích luỹ kim loại nặng cao 30 Bảng 1.6 Các lồi thực vật có khả xử lý kim loại nặng Việt Nam 34 Bảng 2.1 Lấy mẫu đất phân tích nhắc lại lần vị trí có cự ly khác với khu khai thác mỏ 44 Bảng 2.2 Lấy mẫu đất phân tích nhắc lại lần khu đất khác mỏ 45 Bảng 2.3 Lấy mẫu đất phân tích đánh giá khả thu hút kim loại nặng số loại mọc đất khu vực mỏ sắt Trại Cau 47 Bảng 2.4 Mơ hình trồng keo tai tượng đất hoàn thổ sau khai thác 49 Bảng 3.1 Nhiệt độ, ẩm độ khơng khí lượng mưa bình qn theo tháng Đồng Hỷ 54 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp mỏ quặng sắt khai thác địa bàn huyện Đồng Hỷ 57 Bảng 3.3 Các mỏ quặng sắt địa bàn huyện Đồng Hỷ theo doanh nghiệp quản lý 59 Bảng 3.4 Danh sách mỏ sắt kết thúc khai thác trạng sử dụng đất sau kết thúc khai thác 61 Bảng 3.5 Hiện trạng sử dụng đất huyện Đồng Hỷ năm 2018 .63 Bảng 3.6 Thống kê hố sụt, rạn nứt nước khu mỏ Trại Cau .71 Bảng 3.7 Thực trạng sụt lún đất, nước, rạn nứt cơng trình khai thác mỏ 72 Bảng 3.8 Một số tính chất lý học đất vị trí so với khu vực khai trường 75 Bảng 3.9 Một số tính chất hóa học đất vị trí xa dần so với khu vực khai trường 76 Bảng 3.10 Kim loại nặng đất vị trí xa dần so với khu vực khai trường 78 Bảng 3.11 Một số tính chất lý học đất khu đất khác mỏ .82 Bảng 3.12 Một số tính chất hóa học đất khu đất khác mỏ 83 Bảng 3.13 Kim loại nặng đất khu đất khác mỏ 85 viii Bảng 3.14 Một số loại trồng, mọc tự nhiên vùng đất sau khai thác mỏ sắt 91 Bảng 3.15 Đặc điểm thực vật học Keo tràm 92 Bảng 3.16 Đặc điểm thực vật học Keo tai tượng 93 Bảng 3.17 Đặc điểm thực vật học cỏ Lau 94 Bảng 3.18 Đặc điểm thực vật học Mua 95 Bảng 3.19 Đặc điểm thực vật học Dương xỉ 96 Bảng 3.20 Đặc điểm thực vật học cỏ Mần trầu 97 Bảng 3.21 Đặc điểm thực vật học Ngải dại 98 Bảng 3.22 Đặc điểm thực vật học Đơn buốt 99 Bảng 3.23 Kết phân tích hàm lượng số kim loại nặng đất có mọc đất 100 Bảng 3.24 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng .101 Bảng 3.25 Hệ số tích lũy sinh học số loại hấp thụ kim loại nặng 102 Bảng 3.26 Sinh khối (thân cành lá) trồng đất sau khai khoáng .104 Bảng 3.27 Một số tính chất lý học đất thí nghiệm trồng sau năm 105 Bảng 3.28 Một số tính chất hóa học đất thí nghiệm trồng sau năm 106 Bảng 3.29 Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng sau 02 năm trồng 108 Bảng 3.30 Kim loại nặng đất thí nghiệm trồng sau năm .109 Bảng 3.31 Sinh khối (thân cành lá) keo tai tượng mơ hình trồng 113 Bảng 3.32 Một số tính chất lý học đất mơ hình trồng keo tai tượng 114 Bảng 3.33 Một số tính chất hóa học đất mơ hình trồng keo tai tượng .116 Bảng 3.34 Kim loại nặng đất mơ hình trồng keo tai tượng 118 Mơ hình keo Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thông số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng CV%= SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thông số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 LSD05= Thông số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MƠ HÌNH KEO Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thông số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thơng số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV Chỉ tiêu: Đơn vị tính: ANOVA Nguồn bđ C thức Nhắc lại Ngẫu nhiên Tổng SO SÁNH TRUNG BINH CÁC CÔNG THỨC ĐỘ TIN CẬY 95% Vật liệu năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Thông số thống kê Tóm tắt năm năm năm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 I II III IV ... HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -  - 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... phục hồi đất huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài - - Đánh giá thực trạng môi trường đất khai thác quặng sắt sắt Đánh giá hiệu giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng Đề. .. dụng đất đai sau khai thác khống sản, chúng tơi tiến hành thực đề tài với trường hợp nghiên cứu khai thác quặng sắt Thái Nguyên ? ?Nghiên cứu môi trường đất khai thác quặng sắt đề xuất giải pháp phục