CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.2. Nội dung nghiên cứu
*Nội dung 1: Điều tra đánh giá sự phân bố, sinh trưởng và khả năng hút kim loại nặng của cây sậy trên những vùng đất khai khoáng khác nhau
+ Điều tra sự phân bố sinh trưởng của cây sậy hoang dại trên vùng đất sau khai khoáng khác nhau.
+ Đánh giá hấp thụ kim loại nặng (As, Pb, Zn, Cd) trong đất và xác định một số yếu tố môi trường đất (CEC, OM và pH) ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy.
+ Nghiên cứu mối tương quan giữa một số yếu tố của môi trường đất (pH, CEC, OM) đối với khả năng hút kim loại nặng của cây sậy.
*Nội dung 2: Xác định khả năng tích lũy một số kim loại nặng của
cây sậy dưới ảnh hưởng của pH và hàm lượng kim loại nặng trong môi trường đất
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hút kim loại nặng của cây sậy
+ Nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển và khả năng hút kim loại nặng của cây sậy trong môi trường đất có hàm lượng kim loại nặng khác nhau.
*Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng cây sậy để xử lý đất ơ nhiễm kim loại nặng ngồi đồng ruộng.
+ Nghiên cứu mơ hình sử dụng cây sậy hấp thụ kim loại nặng trên đất bãi thải sau khai khoáng tại mỏ sắt Trại Cau và mỏ thiếc Hà Thượng.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi
2.3.1. Phương pháp điều tra thu thập tài liệu
- Thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội của các khu vực khai thác mỏ quặng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
2.3.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
Lấy mẫu ngoài thực địa: Trên mỗi mỏ nghiên cứu tiến hành lấy mẫu
đất và mẫu cây sậy trong cùng một khu vực tại các vị trí : Chân đồi, sườn đồi và đỉnh đồi. Vị trí lấy mẫu được thể hiện ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Vị trí các điểm lấy mẫu cây và mẫu đất trong khu vực nghiên cứu
Tên mẫu Toạ độ UTM
Độ cao tuyệt đối (m)
Vị trí I Mỏ chì kẽm Cuội Nắc xã Yên Đổ huyện Phú Lƣơng
1 Đ1, C1 x = 576509 64 Khu vực gần cống thải. y = 2411939
2 Đ2, C2 x = 576430 75 Tại vị trí sườn đồi cách cống thải 150m.
y = 2411831
3 Đ3, C3 x = 576328 119 Tại khu vực đỉnh đồi cách xưởng sản xuất 200 m.
y = 2411902
II Mỏ ti tan cây Trâm 1 xã Động Đạt huyện Phú Lƣơng
4 Đ4, C4 x = 570819 72 Tại khu vực sườn đồi. y = 2404192
5 Đ5, C5 x = 570699 98 Tại khu vực đỉnh đồi. y = 2404067
6 Đ6, C6 x = 570763 67 Tại khu vực thung lũng. y = 2404139
7 Đ7, C7 x = 571839 20 Tại khu vực bãi thải. y = 2404138
III Mỏ sắt Trại Cau huyện Đồng Hỷ
8 Đ8, C8
x = 598506
26 Tại khu vực chân bãi thải. y = 2388346
9 Đ9, C9 x = 598509 31 Tại khu vực sườn đồi. y = 2388350
10 Đ10, C10 x = 598513 38 Tại khu vực đỉnh đồi. y = 2388353
IV Mỏ ti tan Cây Châm 2 xã Động Đạt huyện Phú Lƣơng
11 Đ11, C11 x = 0416614 54 Tại khu vực thung lũng (giáp suối). y = 2405168
12 Đ12, C12 x = 0416639 57 Tại khu vực đường vào khu chế biến. y = 2405224
13 Đ13, C13 x = 0416696 63 Tại khu vực giáp xưởng chế biến. y = 2405263
IV Mỏ chì kẽm Làng Hích xã Tân Long huyện Đồng Hỷ
14 Đ14, C14 x = 0433254 80 Thung lũng (ven suối). y = 2404223
15 Đ15, C15 x = 0433285 86 Tại khu vực giáp bể thải phân xưởng.
y = 2404198
16 Đ16, C16 x = 0433409 93 Tại khu vực cửa moong khai thác. y = 2404363
BẢN ĐỒ TỈNH THÁI NGUYÊN
β
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí tại các điểm mỏ nghiên cứu
Tên mỏ: Làng Hích Khống sản: Chì kẽm Nguồn gốc: Trầm tích Tên mỏ: Hà Thượng Khoáng sản: Thiếc Nguồn gốc: Trầm tích Tên mỏ: Cuội Nắc Khống sản: Chì kẽm
Nguồn gốc: Trầm tích Tên mỏ: Cây Châm 2
Khống sản: Titan Nguồn gốc: Magma
Tên mỏ: Cây châm 1 Khoáng sản: Titan Nguồn gốc: Magma
Tên mỏ: Trại Cau Khống sản: Sắt Nguồn gốc:Phong Hóa
+ Một số đặc điểm của mỏ nghiên cứu
1. Hiện trạng khu vực khai thác khoáng sản mỏ Sắt Trại Cau
Mỏ Sắt Trại Cau nằm trên địa phận của thị trấn Trại Cau thuộc huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên. Diện tích khu mỏ rộng: 101,39 ha. Trong đó diện tích khai thác là 93,29 ha và diện tích chuyên dùng là 8,1 ha. Mỏ sắt Trại Cau có trữ lượng quặng sắt khoảng 3,17 triệu tấn, công suất khai thác hiện nay là 350.000 tấn/năm. Sản phẩm là quặng Limonit. Qua mấy chục năm khai thác, sản lượng quặng khu vực này cịn có thể khai thác được gần 2,7 triệu tấn. Hiện nay, mỏ đang triển khai sản xuất trên 4 công trường: Mỏ Hàm Chim, mỏ Núi Đê, mỏ Thác Lạc và mỏ Núi Quặng.
Địa hình khu mỏ là vùng đồi dốc thoai thoải có độ cao trung bình 30m - 50m, xen lẫn các khu vực bằng phẳng đã được dân cư khai phá để trồng hoa màu. Xung quang khu vực sản xuất của mỏ có hàng trăm hộ dân đang sinh sống, dưới chân bãi thải cũng tập trung dân cư đông đúc. Khoảng cách từ khai trường đến hộ dân gần nhất là 500m và khu vực bãi thải cách hộ dân gần nhất là 50m. Do vậy, ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng sắt đến môi trường tại thị trấn Trại Cau là không thể tránh khỏi.
2. Thực trạng hoạt động khai thác quặng titan Cây Châm
+ Cơng ty CP khống sản An Khánh đang tiến hành khai thác mỏ quặng titan Cây Châm xã Động Đạt (huyện Phú Lương). Mỏ được hình thành từ năm 2002 với diện tích khai thác là 75700 m2
và diện tích bãi thải 30.000 m2 Dùng cơng nghệ khai thác lộ thiên và tuyển rửa với công suất 110.000 tấn/năm. Từ năm 2011 diện tích tồn bộ khu mở khai thác là 57 ha. Sản lượng quặng nguyên khai khoảng 36690 tấn/năm với diện tích bãi thải là 206800 m2
.
3. Thực trạng hoạt động khai thác Cuội Nắc
Chi nhánh khai thác và chế biến khoáng sản Việt Bắc - Công ty liên doanh kim loại mầu Việt Bắc đang tiến hành khai thác mỏ Cuội Nắc thuộc xã
Yên Đổ, Phú Lương, Thái Nguyên với diện tích 4,06 ha và cơng suất 4500 tấn quặng ngun khai/năm. Trong q trình khai thác ở mỏ Cuội Nắc đã có một số hoạt động bảo vệ môi trường như: Tiến hành tưới nước dập bụi trong hầm lò với khối lượng 2m3/ngày và trồng cây keo xung quanh khu vực mỏ và thực hiện tưới nước dập bụi trên đường nội bộ khu mỏ bằng cách dung xe chở quặng chở téc nước tưới với tần xuất 2-3 lần /ngày. Đất đá thải trong hoạt động khai thác được đổ tập trung tại bãi thải mỏ có diện tích 1500 m2
.
4. Hiện trạng khu vực khai thác khống sản tại mỏ làng Hích
Xí Nghiệp Chì kẽm Làng Hích - một trong những đơn vị thành viên của Công ty TNHHNN MTV Kim loại màu Thái Nguyên được thành lập từ năm 1980. Xí nghiệp nằm trên địa bàn một xã vùng cao huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên với công trường sản xuất trải rộng 287 ha chủ yếu là vùng núi, đường xá đi lại khó khăn. Nơi gần nhất cách văn phịng Xí nghiệp 500m, nơi xa nhất cách khoảng 13km. Sản lượng khai thác bình quân mỗi năm đạt 20.000 tấn quặng nguyên khai, sản lượng tinh quặng kẽm sau khi tuyển là 3.500 - 4.000 tấn/năm, tinh quặng chì đạt 800 - 1.000 tấn/năm.
Điều kiện khai thác ngày càng khó khăn, từ độ sâu 100 - 140m, vỉa quặng mỏng, thường xuyên biến động về hàm lượng. Bên cạnh đó, dây chuyền thiết bị cơng nghệ tuyển nổi đã được cải tạo từ năm 2002 đến nay đã xuống cấp, chưa được thay thế kịp thời.
5. Đặc điểm của đất bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng
Khu vực nghiên cứu là xã Hà Thượng nằm phía đơng huyện Đại Từ thuộc tỉnh Thái Nguyên. Vị trí đặt thực nghiệm tại xóm 7. Khu vực xã Hà Thượng. Khu đất tiến hành thí nghiệm xử lý vốn là đất canh tác của một hộ gia đình thuộc xã hà Thượng đã bỏ hoang không sản xuất được nữa do bị ô nhiễm KLN từ hoạt động khai thác thiếc.
Hoạt động khai thác có những ảnh hưởng rất lớn đến khả năng canh tác nông nghiệp tại các khu vực gần mỏ khai thác. Ơ nhiễm mơi trường tại khu vực mỏ này đã làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng đất canh tác nông nghiệp, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường đất tại khu vực mỏ và xung quanh mỏ. Quá trình khai thác, bốc xúc lượng lớn đất đá và đổ thải đã làm sáo chộn và giảm diện tích đất canh tác nông nghiệp, gây ô nhiễm lý hoá đất, làm khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng của đất bị suy giảm. Bên cạnh đó, một số tác nhân gây ơ nhiễm như KLN có khả năng tích luỹ trong đất, qua đó có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nông sản và gián tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.
Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thực vật:
Mẫu cây sậy được lấy như sau: Trên mỗi khu vực mỏ nghiên cứu lấy 3 mẫu thực vật được chia theo 3 cấp chiều cao điển hình cho tồn bộ khu vực. Mẫu thực vật được lấy đầy đủ các bộ phận thân, rễ, lá rồi cho vào túi ni lông bảo quản. Việc lấy mẫu cây theo tuổi hay theo cấp chiều cao là rất quan trọng vì nó là cơ sở để xác định thời điểm cây tích tụ chất ơ nhiễm tốt nhất, từ đó đề ra phương hướng áp dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm đất.
Mẫu cây sau khi đem về phịng thí nghiệm được rửa sạch bằng nước máy và tráng lại bằng nước cất rồi đem sấy đến trạng thái khô ở nhiệt độ 50 – 60oC.
Các mẫu thực vật sau khi sấy khô được băm và nghiền nhỏ rồi sàng qua rây 1 mm, phần nhỏ hơn 1 mm được chia thành các phần nhỏ để lấy mẫu đại diện, mẫu đại diện được đựng trong bình chuyên dụng để bảo quản.
Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu đất:
Mẫu đất được lấy ngay tại địa điểm lấy mẫu cây sậy. Mẫu đất được lấy đến độ sâu 20 cm so với tầng đất mặt. Khối lượng đất lấy tại mỗi điểm lấy mẫu đất khoảng 0,5 kg.
Mẫu đất sau khi lấy về được đem phơi khô không khí và loại bỏ đá, sỏi rồi rây qua rây 1 mm.
2.3.3. Phương pháp lập ô tiêu chuẩn (OTC)
- Phương pháp lập ô tiêu chuẩn: Lập ô tiêu chuẩn để nghiên cứu sự phân bố của cây sậy trong khu vực khai thác mỏ. OTC phải bố trí tại các vị trí có tính đại diện cao ở các khu vực, địa hình phải tương đối đồng nhất.
+ Cách lập OTC: Lập ô tiêu chuẩn với chiều dài cùng hướng với đường đồng mức, chiều rộng vng góc với đường đồng mức, diện tích mỗi OTC là 1000 m2 với chiều dài ô là 50 m, chiều rộng ô là 20 m. Các OTC đại diện cho các địa hình vùng đất trũng, đất bằng, sườn dốc, đỉnh núi trong khu vực khai thác.
+ Đếm tần số xuất hiện của cây sậy trong các OTC và tính trung bình cho khu vực.
2.3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm và các chỉ tiêu theo dõi
2.3.4.1. Thí nghiệm trong chậu ở nhà lưới - Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu - Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu
Chuẩn bị các chậu thí nghiệm có kích thước chiều cao 45 cm, đường kính miệng 35 cm. đường kính đáy 30 cm để trồng cỏ, mỗi chậu có 6 kg đất.
Cây được chọn thí nghiệm khoảng 3 tháng tuổi. Chọn những cây khỏe mạnh, rửa sạch, cắt để lại đoạn thân và lá dài 20 cm, rễ dài 5 – 6 cm. Mỗi chậu thí nghiệm được trồng 3 nhánh đều nhau.
Thời gian trồng trong nhà lưới dài 8 tháng - Thiết kế thí nghiệm
2 thí nghiệm trong chậu ở nhà lưới được thiết kế như sau:
+ Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hút thu kim loại nặng của cây sậy
Mục đích của thí nghiệm này là nghiên cứu khả năng hút kim loại nặng của cây sậy và đưa ra được giá trị pH thích hợp, ở đó cây sậy có khả năng hút kim loại nặng tốt nhất. Thí nghiệm được thiết kế trồng trong chậu ở điều kiện nhà lưới, đất thí nghiệm được lấy ở tầng đất mặt (40 cm) không bị xáo trộn tại trường Đại học Nơng lâm Thái Ngun. Đặc tính lý hóa và hàm lượng KLN trong đất ở thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2 được thể hiện ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Đặc tính lý hóa và KLN trong đất dùng để thí nghiệm
Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả phân tích
pHKCl 4,8 OM % 1,03 Nts % 0,07 P2O5 % 0,06 K2Ots % 0,49 CEC mgdl/100g đất 15,25 Cdts mg/kg 1,89 Pbts mg/kg 16,49 Znts mg/kg 77,25 Asts mg/kg 3,85
Thời gian thí nghiệm 8 tháng (từ tháng 1/2011 đến tháng 8/2011). Các KLN thí nghiệm gồm: As, Pb, Zn và Cd được bổ sung dưới dạng các muối NaHAs2O4.7H2O, Cd(NO3)2, Zn(NO3)2 và Pb(NO3)2 và điều chỉnh pH dùng CaCO3 theo phương pháp xây dựng đường chuẩn của Jesen [22], với pH = 6,9 và pH = 8,9 lượng vơi bón tương ứng là 3 g CaCO3/1 chậu và 54,6 g CaCO3/1 chậu. Thí nghiệm được bố trí theo khối hồn tồn ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại.
CaCO3 ở dạng bột được đưa vào ngay khi cân đất và bổ sung thêm nước cất để đất ẩm và CaCO3 hòa tan trong đất hàng ngày cho thêm nước cất để giữ cho đất ln ẩm, sau đó để 20 ngày rồi đo lại pH.
Bảng 2.3. Các pH và nồng độ KLN được chọn làm thí nghiệm 1 KLN KLN Nồng độ KLN đƣợc chọn thí nghiệm (mg/kg) Các mức pH chọn làm thí nghiệm * QCVN 03:2008 (mg/kg) Pb 1000 4,8(CT1) 6,9(CT2) 8,9 (CT3) 70 Cd 50 4,8(CT1) 6,9(CT2) 8,9 (CT3) 2 As 140 4,8(CT1) 6,9(CT2) 8,9 (CT3) 12 Zn 4000 4,8(CT1) 6,9(CT2) 8,9 (CT3) 200
*pH ở các công thức đều là pH đất được đo trước khi trồng sậy
Cơ sở lựa chọn nồng độ kim loại nặng thí nghiệm là dựa vào hàm lượng KLN ở các bãi thải của mỏ khai thác khoáng sản tại tỉnh Thái Nguyên.
+ Thí nghiệm 2: Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và hấp thụ kim loại nặng của cây sậy trong các môi trường đất khác nhau
Mục đích của thí nghiệm này là xác định khả năng sinh trưởng và hấp thụ As, Pb, Zn và Cd của cây sậy dưới ảnh hưởng của hàm lượng KLN trong mơi trường đất khác nhau. Thí nghiệm được thiết kế trồng trong chậu ở điều kiện nhà lưới, theo 4 cơng thức, pH của đất thí nghiệm là 4,8; 6,9 và 8,9.
Thời gian thí nghiệm 8 tháng (từ tháng 1/2012 đến tháng 8/2012). Các KLN thí nghiệm gồm: As, Pb, Zn và Cd được bổ sung dưới dạng các muối NaHAs2O4.7H2O, Cd(NO3)2, Zn(NO3)2 và Pb(NO3)2 với các nồng độ khác nhau. Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại.
Sau 4 tháng và 8 tháng lấy cỏ và đất để xác định hàm lượng KLN trong cỏ và hàm lượng KLN còn lại trong đất.
Bảng 2.4: Nồng độ các KLN được chọn nghiên cứu ở thí nghiệm 2 KLN Nồng độ KLN đƣợc chọn làm thí nghiệm (mg/kg) QCVN KLN Nồng độ KLN đƣợc chọn làm thí nghiệm (mg/kg) QCVN Pb ĐC (CT1Pb) 500 (CT2Pb) 1000 (CT3Pb) 2000 (CT4Pb) 70 Cd ĐC (CT1Cd) 30 (CT2Cd) 50 (CT3Cd) 70 (CT4Cd) 2 As ĐC (CT1As) 70 (CT2As) 140 (CT3As) 210 (CT4As) 12 Zn ĐC (CT1Zn) 1000 (CT2Zn) 2000 (CT3Zn) 3000 (CT4Zn) 200
Ghi chú: ĐC – không bổ sung KLN 2.3.4.2. Thử nghiệm ngồi thực địa
Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm KLN của cây sậy trong điều kiện đồng ruộng. Thử nghiệm được tiến hành tại bãi thải mỏ sắt Trại Cau và bãi thải mỏ thiếc Hà thượng.
Thí nghiệm ngồi đồng ruộng được bố trí là 2 thí nghiệm tại 2 điểm khác nhau, tại hà Thượng (HT) có 2 cơng thức đánh giá dựa trên sự khác nhau pH giữa 2 cơng thức và Trại Cau (TC) có 3 cơng thức đánh giá sự khác nhau về độ cao giữa 3 công thức (chân đồi, sườn đồi và đỉnh đồi), bố trí theo phương pháp hoàn hoàn ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại, mỗi một ơ thí nghiệm