3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp ñánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong ñất
Để ñánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng tại 2 vùng mỏ nghiên cứu, chúng tôi kết hợp với ñề tài cấp Nhà nước KC.08.04/06-10 tiến hành
khảo sát thực ñịa, lấy mẫu ñất, quan sát tình trạng sinh trưởng, phát triển của các loài thực vật tại khu vực ñất ô nhiễm. Đất ô nhiễm ñược lấy ở tầng mặt từ 0 - 20 cm. Các mẫu ñất ñại diện ñược lấy ở vị trí có cùng ñộ cao, ñộ
dốc, khả năng bịảnh hưởng do nước thải tuyển quặng và chất thải quặng.
Bảng 2.1. Vị trí và ñặc ñiểm của các ñiểm lấy mẫu
STT Ký hiệu
mẫu Lý lịch mẫu
Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng, Đại Từ, Thái Nguyên
1 HT1 Khu vực ñất sau ruộng nhà ông Hợi có cỏ mọc bình thường 2 HT2 Mẫu ñất hỗn hợp lấy tại ruộng ông Hợi (cạnh nhà ông Thắng) 3 HT3 Khu vực hang rắn (xóm 6), tại ñây cỏ mọc ñược
4 HT4 Khu vực nhà ông Thắng (xóm 7), trước ñây ruộng trồng 1 vụ lúa, ñã bỏ hoang 6 - 7 năm
5 HT5 Đất cạnh suối Cát - Hang Rắn. Hầu như không có thực vật mọc 6 HT6 Đất thải sau khi tuyển (mới thải chưa lắng ñọng)
7 HT7 Đất thải sau khi tuyển (ñã lắng ñọng một thời gian)
Khu vực khai thác Pb-Zn xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên
1 TL1 Đất ñồi nằm trong khu vực không chịu tác ñộng của hoạt ñộng mỏ
2 TL2 Đất gần khu bãi thải mỏ cũ (ñất trồng ngô sau khi thu hoạch) 3 TL3 Đất tại khu giữa bãi thải mới, có cỏ mọc trên
4 TL4 Đất ở giữa bãi thải, không có cỏ mọc trên
5 TL5 Đất trồng lúa ruộng nhà ông Chức, bên cạnh mương thải từ nhà máy
6 TL6 Đất trầm tích bãi thải chính
7 TL7 Đất vùng giữa bãi thải chính (nhà anh Hoạt)
Ngoài ra, chúng tôi cũng tiến hành phỏng vấn người dân tại ñịa phương và tham khảo tài liệu của các phòng, ban thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thái Nguyên.
2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.3.2.1. Thí nghiệm trong chậu
- Mục ñích của thí nghiệm nhằm xác ñịnh khả năng chống chịu và khả
năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver qua các chỉ tiêu như: chiều cao cây, số
nhánh/khóm, khối lượng thân lá, khối lượng rễ, hàm lượng Pb, As trong thân lá và trong rễ qua các giai ñoạn thực nghiệm 45, 90 và 150 ngày.
- Thời gian bố trí thí ngiệm: thí nghiệm ñược chia làm 2 ñợt từ tháng 3
ñến tháng 7 năm 2012 và từ tháng 8 ñến tháng 12 năm 2012.
- Địa ñiểm: Thí nghiệm ñược bố trí tại Trung tâm Thực hành, thực nghiệm, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
- Vật liệu nghiên cứu
+ Các chậu thí nghiệm sử dụng ñể trồng cây có kích thước: chiều cao 20 cm, ñường kính miệng 27 cm, ñường kính ñáy 20 cm.
+ Đất ô nhiễm Pb lấy tại bãi thải của mỏ khai thác Pb - Zn (Tân Long,
Đồng Hỷ, Thái Nguyên). Đất ô nhiễm As lấy tại khu ruộng phía dưới bãi thải của xí nghiệp khai thác thiếc (Hà Thượng, Đại Từ, Thái Nguyên). Đất
ñối chứng (không ô nhiễm) lấy tại vườn thí nghiệm cây trồng cạn, trường
Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Đất nghiên cứu ñược lấy ở tầng mặt từ 0 - 20 cm.
Bảng 2.2. Một số tính chất hoá học của ñất nghiên cứu
TT Chỉ tiêu Đơn vị Đất không
ô nhiễm Đất ô nhiễm As Đất ô nhiễm Pb 1 pHKCl - 4,45 4,25 3,59 2 N % 0,11 0,08 0,10 3 P205 % 0,035 0,026 0,029 4 K20 % 0,56 0,34 0,42 5 Mùn % 1,55 1,88 1,31 6 Thành phc ần ơ giới - Thịt trung bình Thịt trung bình Thịt nhẹ 7 Pbts mg/kg 54,53 kpt 2906,12 8 Asts mg/kg 7,57 1137,17 kpt
Đất ô nhiễm và ñất ñối chứng ñược phơi khô, ñập nhỏ, loại bỏ tạp chất. Mỗi chậu thí nghiệm có khối lượng 6 kg ñất.
+ Chọn những cây cỏ Vetiver ñang trong thời kì sinh trưởng mạnh (3 - 4 tháng tuổi), cắt ngắn ñể lại phần thân dài 20 cm và phần rễ 5 cm. Giâm cỏ vào trong cát ẩm trong vòng 2 tuần trước khi ñem trồng ñể cỏ ra rễ mới. Trồng 3 tép cỏ vào mỗi chậu. Hàng ngày tưới nước ñủ ẩm, xới ñất và nhổ
cỏ dại ñể tạo ñiều kiện cho cỏ Vetiver sinh trưởng, phát triển bình thường. - Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm ñược bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn toàn và ñược nhắc lại 3 lần. Công thức thí nghiệm như sau:
Bảng 2.3. Công thức thí nghiệm nghiên cứu khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm
TT Công thức
Đất ô nhiễm Đất không ô nhiễm trong Pb ñất (mg/kg) As trong ñất (mg/kg) kg % kg % 1 1 (ĐC) 0 0 6 100 54,53 7,57 2 2 1,5 25 4,5 75 1055,13 248,19 3 3 3,0 50 3,0 50 1811,01 578,23 4 4 4,5 75 1,5 25 2413,60 864,03 5 5 6 100 0 0 2906,12 1137,17 2.3.2.2. Thí nghiệm ñồng ruộng
Thí nghiệm này nhằm xác ñịnh ảnh hưởng của các biện pháp canh tác (phân bón, mật ñộ trồng, chu kỳ thu hoạch) ñến khả năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver. Các nội dung nghiên cứu ñược thực hiện song song cùng thời ñiểm tại 2 khu vực ñất ô nhiễm.
Thí nghiệm ñồng ruộng trên ñất ô nhiễm Pb ñược thực hiện tại khu vực ñất ô nhiễm Pb do khai thác Pb - Zn tại xóm Làng Mới, xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ. Thí nghiệm trên ñất ô nhiễm As ñược thực hiện tại khu vực ñất canh tác phía dưới mỏ thiếc thuộc xóm 7, xứ Đồng Nhi, xã Hà Thượng, huyện Đại Từ. Thời gian thực hiện thí nghiệm ñồng ruộng trong 3 năm 2008 - 2010.
* Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón ñến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm.
Thời gian bố trí thí nghiệm từ tháng 2 ñến tháng 11 năm 2008.
Thí nghiệm ñược bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh gồm 10 công thức, 3 lần nhắc lại, mỗi ô thí nghiệm 8 m2. Công thức thí nghiệm như sau:
Bảng 2.4. Công thức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng
của phân bón ñến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm
TT Công thức Tỷ lệ phân bón (N:P:K)
1 Công thức 1 (Đối chứng) Không bón phân
2 Công thức 2 40:60:60 3 Công thức 3 80:60:60 4 Công thức 4 100:80:60 5 Công thức 5 60:40:60 6 Công thức 6 60: 80:60 7 Công thức 7 80:100:60 8 Công thức 8 60:60:40 9 Công thức 9 60:60:80 10 Công thức 10 60:80:100
- Chuẩn bị cây: chọn những cây cỏ có thời gian sinh trưởng như nhau, khoẻ mạnh, cắt ngắn ñể lại phần thân dài 20 cm và phần rễ dài 5 cm.
- Mật ñộ trồng: hàng - hàng: 30 cm; cây - cây: 40 cm. Mỗi hốc trồng 3 tép cỏ.
- Dạng phân bón: thí nghiệm chọn các loại phân ñơn, gồm có phân ñạm Urê (46%N), phân lân Supe Lâm Thao (16,5% P2O5), phân KCl (56% K2O).
- Phương pháp bón phân:
+ Bón lót: 10 tấn phân chuồng/ha + 100% phân lân.
+ Bón thúc lần 1: 30%N + 30% K2O. Bón cách 2 tuần sau khi thu hoạch cỏñợt 1.
+ Bón thúc lần 2: 30%N + 30% K2O. Bón cách 2 tuần sau khi thu hoạch cỏñợt 2.
+ Bón thúc lần 3: Bón hết lượng phân còn lại. Bón cách 2 tuần sau khi thu hoạch cỏñợt 3.
Bón theo hốc, cách cây 10 - 15 cm, sâu từ 5 - 10 cm, bón xong lấp ñất kín ngay.
- Các công việc chăm sóc cỏ sau khi trồng: dặm cây, tưới nước, làm cỏ ñể cây sinh trưởng tốt và ñảm bảo mật ñộ thí nghiệm.
* Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của mật ñộ trồng ñến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm.
Thời gian bố trí thí nghiệm từ tháng 2 ñến tháng 11 năm 2009.
Thí nghiệm ñược bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm 10m2.
Bảng 2.5. Công thức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của mật ñộ trồng ñến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As
của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm
TT Công thức Khoảng cách (cm x cm) Mật ñộ (cây/m2) cây/ô 1. Công thức 1 30 x 30 10 96 2. Công thức 2 30 x 40 7 72 3. Công thức 3 30 x 50 6 60 4. Công thức 4 30 x 70 4 42
Cỏñược bón phân N, P, K riêng rẽ theo tỷ lệ 80:100:60, phương pháp bón phân và chếñộ chăm sóc giống như thí nghiệm 1.
* Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch ñến sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên ñất ô nhiễm. Thí nghiệm ñược bố trí theo khối ngẫu nghiên hoàn chỉnh gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại, diện tíchô thí nghiệm 10 m2. Cỏ ñược trồng với khoảng cách 30 x 40.
Cỏñược trồng vào tháng 3.
Công thức 1(ñối chứng): chỉ thu hoạch cỏ 1 lần vào tháng 12.
Công thức 2 (cắt cỏ 2 lần/năm): cắt cỏ vào tháng 8, thu hoạch tháng 12. Công thức 3 (cắt cỏ 3 lần/năm): cắt cỏ vào tháng 6, tháng 10, thu hoạch tháng 12.
Công thức 4 (cắt cỏ 4 lần/năm): cắt cỏ vào tháng 6, tháng 8, tháng 10, thu hoạch tháng 12.
Cỏ ñược bón các loại phân ñơn N, P, K theo tỷ lệ 80:100:60, phương pháp bón cụ thể như sau:
- Công thức 1, 2, 3: bón thúc vào các tháng 5, tháng 7 và tháng 9. - Công thức 4: bón thúc 3 lần/năm, bón cách 2 tuần sau mỗi lần cắt. Công việc chăm sóc cỏ sau khi trồng giống như thí nghiệm 1.
2.3.3. Phương pháp thu mẫu và xác ñịnh các chỉ tiêu sinh trưởng của cây
Khi thu mẫu, cỏ ñược nhổ cẩn thận ñể tránh ñứt rễ, phần ñất bám vào rễ và ñất phía dưới ñược giữ lại ñể phân tích. Rửa sạch cỏ, ño chiều dài, cân khối lượng thân lá và rễ. Mẫu còn lại ñem cắt nhỏ và sấy khô ở nhiệt
ñộ 1050C ñể phân tích hàm lượng Pb, As. Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây
ñược xác ñịnh như sau:
- Đếm số nhánh/khóm tại các thời ñiểm nghiên cứu. Nhánh mới ñược tính khi mầm chồi xuất hiện lá xanh.
- Đo chiều cao cây: ño từ cổ rễñến chóp lá cao nhất. - Chiều dài rễ: ño từ cổ rễñến chóp rễ dài nhất.
- Cân khối lượng thân lá của 1 khóm và khối lượng thân lá/m2. - Cân khối lượng rễ của 1 khóm và khối lượng rễ/m2.
Đối với thí nghiệm ngoài ñồng: Lấy 5 ñiểm/ô thí nghiệm, lấy mẫu ở
tất cả các lần nhắc lại.
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
* Phương pháp xử lý mẫu
- Mẫu cây: Mẫu sau khi lấy ñem sấy ở nhiệt ñộ 1050C cho ñến khô hoàn toàn, nghiền nhỏ, bảo quản trong bình hút ẩm ñể phân tích hàm lượng Pb, As trong mẫu.
- Mẫu ñất: Sau khi lấy về loại bỏ rễ cây, tạp chất, hong khô trong không khí ở nhiệt ñộ phòng sau ñó ñem nghiền qua rây 1mm ñể phân tích thành phần hóa học ñất.
* Phương pháp phân tích mẫu ñất và mẫu cây
Mẫu ñất và mẫu cây ñược xử lý và phân tích tại Viện Khoa học Sự
- pH: chiết bằng dung dịch KCl 1N, ño bằng máy pH metter, ñiện cực thủy tinh.
- Mùn và ñạm tổng số: xác ñịnh theo phương pháp Dumas trên thiết bị phân tích ña nguyên tố CNS TruSpec LECO USA.
- P2O5 tổng số: xác ñịnh trên máy Quang phổ kế (Spectrophotometer). Công phá mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 + HClO4.
- K2O5 tổng số: xác ñịnh theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Công phá mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 + HClO4.
- Thành phần cơ giới ñất: xác ñịnh theo phương pháp Katrinski.
- Pb, As tổng số: xác ñịnh trên máy cực phổ 797 VA Computrace của hãng METROHM, Thụy Sỹ, ñiện cực xuyến vàng xoay. Mẫu Pb công phá bằng hỗn hợp HNO3 ñặc 65% và HClO4. Mẫu As công phá bằng dung dịch HCl 30%.
Phương pháp nghiên cứu tham khảo theo các tài liệu số [20], [29], [54].
* Phương pháp xử lý số liệu
Hàm lượng Pb, As trong ñất ñược so sánh theo QCVN 03:2008/BTNMT [11]. Số liệu thí nghiệm ñược xử lý thống kê theo chương trình SAS.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường ñất do quá
trình khai thác khoáng sản tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng,
Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, Đồng Hỷ) tỉnh
Thái Nguyên
Thái Nguyên là tỉnh nằm ở vùng trung du và miền núi Bắc Bộ, có diện tích tự nhiên 3 541 km2, dân số khoảng 1 085 000 người (chiếm 1,13% diện tích và 1,41% dân số so với cả nước).
Tỉnh Thái Nguyên có phía bắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía tây giáp với các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, phía ñông giáp với tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang và phía nam tiếp giáp với thủñô Hà Nội.
Địa hình của tỉnh chủ yếu là ñồi núi, có nhiều dãy núi cao chạy theo hướng Bắc - Nam, thấp dần về phía nam. Cấu trúc vùng núi ñá phong hoá mạnh, tạo thành nhiều hang ñộng và thung lũng nhỏ. Phía Nam và Tây Nam có dãy Tam Đảo với ñỉnh cao, vách núi dựng ñứng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Ngoài ra còn có vòng cung Ngân Sơn, Bắc Sơn.
Thái Nguyên nằm trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam, thuộc vành ñai sinh khoáng Thái Bình Dương, Thái Nguyên có nguồn khoáng sản rất phong phú, hiện có khoảng 34 loại hình khoáng sản phân bố tập trung ở
một số khu vực như thành phố Thái Nguyên, Trại Cau (Đồng Hỷ), Thần Sa (Võ Nhai), Hà Thượng (Đại Từ)… Khoáng sản ở Thái Nguyên có thể chia làm 4 loại, bao gồm: than mỡ (trên 15 triệu tấn), than ñá (trên 90 triệu tấn); nhóm khoáng sản kim loại bao gồm 47 mỏ và ñiểm quặng; titan có 18 mỏ
và ñiểm quặng; kim loại màu (thiếc, vonfram, chì, kẽm, vàng, ñồng…) và các kim loại khác, bao gồm: pyrit, barit, photphorit… có tổng trữ lượng khoảng 60 000 tấn; nhóm khoáng sản ñể sản xuất vật liệu gồm ñá xây dựng, ñất sét, ñá sỏi… với trữ lượng lớn khoảng 84,6 triệu tấn. Những mỏ
kim loại có trữ lượng lớn là mỏ chì làng Hích, mỏ Sắt Trại Cau, mỏ Barit - Hợp Tiến I ởĐồng Hỷ; mỏ thiếc, pirit ở Hà Thượng, Đại Từ... [10].
Tuy nhiên, với công nghệ khai thác lạc hậu nên trong quá trình khai thác thường tạo ra một khối lượng lớn ñất ñá thải, tạo ra những hố sâu và làm xáo trộn tầng ñất mặt, ñặc biệt ở các khu vực khai thác "thổ phỉ”. Một số diện tích ñất xung quanh các bãi thải quặng có thể bị lấp do sạt lở, xói mòn hay các dòng axit rò rỉ từ các hồ chứa thải có thể gây thoái hóa và ô nhiễm lớp ñất mặt, ảnh hưởng ñến canh tác nông nghiệp.
3.1.1. Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên
Mỏ thiếc nằm ở xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên; cách thành phố Thái Nguyên 18 km về phía Tây Bắc. Mỏ bắt ñầu vận hành từ những năm 1990 với diện tích 3,06 ha. Nguyên liệu sản xuất là