Cây cỏ Linh lăng phát triển nhanh, có lượng sinh khối lớn
Do có bộ rễ ăn sâu nên cỏ linh lăng chịu hạn rất tốt, có thể hút ẩm từ tầng đất sâu bên dưới và xuyên qua các lớp đất bị lèn chặt qua đó giảm bớt lượng kim loại nặng thấm xuống sâu dưới các lớp đất. Ngoài ra nhờ vào bộ rễ cắm sâu xuống lòng đất cỏ linh lăng còn có khả năng giữ đất, chống xói mòn đất.
Với đặc điểm rễ giống như các loại cây thuộc họ Đậu khác, các mắt rễ của chúng có chứa các loại vi khuẩn và nấm, là điều kiện cần thiết để hấp thụ và phân hủy các chất gây ô nhiễm. cỏ Linh lăng có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như nitơ (N), phôtpho (P) và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm. Nó có khả năng chống chịu được sâu bệnh tốt.
Với những đặc điểm về đặc tính hình thái, sinh thái của cỏ linh lăng giúp cho nó trở thành loại cây có khả năng xử lý kim loại nặng trong đất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.
- Cây sậy và cây cỏ linh lăng: rễ, thân, lá.
- Đất sau khai thác khoáng sản gần khu vực khai thác khoáng sản tại tỉnh Yên Bái - Kim loại nặng: Pb, Zn, As, Cd trong đất và cây nghiên cứu.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
2.1.2.1. Địa điểm nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được tiến hành trên địa bàn khu vực khai thác khoáng sản tại mỏ sắt (Nậm Búng - Văn Chấn - Yên Bái).
2.1.2.2. Thời gian nghiên cứu
Đề tài được tiến hành trong 12 tháng - Thời gian bắt đầu: Tháng 10/2013 - Thời gian kết thúc: Tháng 10/2014
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Điều tra thu thập các thông tin liên quan đến mỏ khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái.
- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây sậy và cây cỏ linh lăng trong môi trường đất bị ô nhiễm KLN.
- Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của các bộ phận trên cây sậy và cây cỏ linh lăng để xử lý ô nhiễm KLN trong đất tại khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá khả năng xử lý KLN trong đất của cây sậy và cây cỏ linh lăng
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
Thu thập tất cả các tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Kế thừa những thông tin, số liệu khoa học đã có phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
các văn bản pháp luật liên quan đến môi trường đất, trên sách báo, Internet,... Sử dụng các kết quả nghiên cứ ớc đã có, sử dụng kết quả nghiên cứu của các đề tài trước đây.
2.3.1.2. Phương pháp lấy mẫu đất và mẫu thực vật
Mẫu đất được lấy theo TCVN 5297:1995 - Chất lượng đất, lấy mẫu, yêu cầu chung
- Mẫu đất tại các khu vực nghiên cứu được lấy ở tầng mặt có độ sâu từ 0 - 20cm, trên diện tích đất sau khai thác. Các mẫu đất sau khi lấy được đựng vào các túi riêng, có ghi kí hiệu ngoài bao bì.
- Thực vật được chọn lấy mẫu là đâị diện cho mỗi ô thí nghiêm với 3 lần nhắc lại tại các khu vực nghiên cứu. Các mẫu cây được đựng vào các túi riêng và ghi kí hiệu tương ứng với các mẫu đất tại các khu vực đó.
2.3.1.3. Phương pháp thiết kế thí nghiệm đồng ruộng * Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu
- Cây sậy khi lấy về sẽ được phân tích thành phần các kim loại ban đầu có sẵn trong rễ, thân, lá của cây. Sau đó chọn những cây khoẻ, sạch đem trồng thí nghiệm; đối với sậy cắt để lại đoạn thân và lá dài khoảng 20cm, rễ dài khoảng 5cm.
- Cây cỏ linh lăng được trồng bằng cách gieo hạt giống trực tiếp 1g/m2
* Thiết kế thí nghiệm
Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng trong điều kiện đồng ruộng. Thử nghiệm được tiến hành tại bãi thải mỏ sắt Nậm Búng.
Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp hoàn hoàn ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại, Diện tích 1 ô thí nghiệm là 12 m2 với chiều dài ô là 4m, chiều rộng ô là 3 m, tổng diện tích thí nghiệm là 180 m2 . Khoảng cách giữa mỗi ô thí nghiệm là 1m.Yêu cầu đảm bảo duy trì điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho cây sinh trưởng và phát triển.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm với cây cỏ linh lăng 2 công thức: CT1LL: công thức 1 linh lăng trồng ở sườn đồi CT2LL: công thức 2 linh lăng trồng ở đỉnh đồi Thí nghiệm với cây sậy 3 công thức:
CT1S: công thức 1 sậy trồng ở chân đồi CT2S: công thức 2 sậy trồng ở sườn đồi CT3S: công thức 3 sậy trồng ở đỉnh đồi
PH và hàm lượng KLN tại khu vực nghiên cứu được thể hiện ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: pH và hàm lƣợng kim loại nặng trong đất trƣớc khi trồng cây
Cây Địa điểm
Chỉ tiêu Asts (mg/kg) Pbts (mg/kg) Cdts (mg/kg) Znts (mg/kg) pHKCl CEC (mđl/100g) OM (%)
Linh lăng Sườn đồi 325,04 882,22 0,56 842,72 5,4 8,1 2,27 Đỉnh đồi 400,98 403,70 1,54 218,83 4,8 8,7 1,13 Sậy
Chân đồi 32,79 652,01 4,45 1273,80 4,94 7,7 1,81 Sườn đồi 84,29 629,36 6,68 2201,10 4,34 8,1 2,27 Đỉnh đồi 35,65 3000,24 2,42 2315,20 4,08 8,7 1,13
Cây sậy được trồng với mật độ 20 nhánh/m2. Thời gian thí nghiệm kéo dài 8 tháng (từ tháng 2 /2014 đến tháng 9/2014). Định kỳ 1 tháng đo chiều cao cây, chiều dài lá và 4 tháng đo chiều dài rễ. Sau 4 tháng và 8 tháng lấy mẫu cây và mẫu đất để phân tích hàm lượng KLN. NL1 NL2 NL3 NL1 NL2 NL3 NL1 NL2 NL3 CT1S CT2S CT3S NL1 NL2 NL3 NL1 NL2 NL3 CT1LL CT2LL
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Cây cỏ linh lăng tiến hành gieo hạt 1g/m2. Thời gian thí nghiệm: cây cỏ linh lăng kéo dài 4 tháng (từ tháng 2 /2014 đến tháng 5/2014). Định kỳ 1 tháng đo chiều cao cây, chiều dài lá và 2 tháng đo chiều dài rễ. Sau 2 tháng và 4 tháng lấy mẫu cây và mẫu đất để phân tích hàm lượng KLN.
2.3.1.4. Phương pháp xây dựng mô hình xử lý đất ô nhiễm
Mô hình xử lý đất ô nhiễm được thiết kế xây dựng tại mỏ khai khoáng bị ô nhiễm KLN thuộc tỉnh Yên Bái. Mỗi một mô hình triển khai trên diện tích 0,2 ha (0,1 ha cho mỗi loại cây nghiên cứu).
2.3.1.5. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm * Phương pháp phân tích
Xác định các chỉ tiêu trong đất bằng những phương pháp có độ chính xác cao và thường được dùng phổ biến hiện nay trong các phòng phân tích đất ở Việt Nam. Các phương pháp cụ thể như sau:
+ pH (H20): dùng phương pháp pH Meter.
+ Xác định hàm lượng KLN trong đất và trong các loài thực vật bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS, chiết rút: Cd,Zn,Pb bằng dung dịch chiết amoniaxetat; As dung dịch chiết Natriaxetat.
Phương pháp phân tích kim loại nặng tổng số trong đất và cây
Cân 3 g mẫu cho vào bình Kjeldahl. Thêm 20 ml HNO3:HCl theo tỷ lệ 1: 3 vào bình . Đun trên bếp ở nhiệt độ 90oC - 110oC. Duy trì các điều kiện oxy hóa trong bình suốt quá trình công phá mẫu bằng việc thêm cẩn thận các lượng nhỏ axit nitric cho đến khi hỗn hợp chuyển sang màu trắng. Dung dịch cuối cùng phải không màu hoặc vàng rơm. Để nguội, lọc mẫu và chuyển vào bình định mức 100 ml
Mẫu trắng: Chuẩn bị mẫu trắng song song với mẫu thử, các bước tiến hành tương tự và lượng thuốc thử cho vào cũng tương đương như chuẩn bị mẫu thử, chỉ khác là không có mẫu thử.
Tiến hành phân tích KLN trong dung dịch trên hệ thống quang phổ hấp thu nguyên tử Thermo M6 AAS ngọn lửa.
Phương pháp phân tích các dạng di động của 4 KLN trong đất + Phương pháp chiết rút Pb, Zn, Cd di động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Cân trên cân phân tích 50 g đất đã rây qua rây 1 mm, cho lượng cân trên vào bình tam giác nút nhám thể tích 500 ml, cho vào chính xác 250 ml dung dịch đệm amoni axetat pH = 4,8, lắc trên máy lắc 1 giờ. Lọc qua giấy lọc băng trắng. Lấy 150ml dung dịch lọc cho vào bát sứ, cho vào đây 10 ml HNO3 (d = 1,4), 10 ml H2O2 30% rồi chưng dung dịch trong bát trên bếp cách thủy đến trạng thái sệt. Thêm vào 2 ml HNO3 và 2 ml H2O2 rồi chưng đến khô. Hòa tan phần khô trong 50 ml nước cất 2 lần khi đun nóng. Lọc dung dịch nhận được vào bình định mức 100 ml, rửa giấy lọc bằng nước cất 2 lần đã được axit hóa bằng HCl. Dùng nước cất đưa thể tích dung dịch đến vạch mức.
+ Phương pháp chiết rút As di động (dùng phương pháp Natri axetat để chiết rút
Lấy 1 g đất (kích cỡ < 250 m) cho vào ống của may li tâm có dung tích 50 mlo cùng với 20 ml natri axetat 1 M đã được điều chỉnh về pH = 5. Ống được đậy kín bởi 1 nút cao su đàn hồi và được đặt nằm ngang trong một bình lắc có tác dụng tương hỗ. Ống được lắc 1 giờ và ly tâm với vận tốc 8000 vòng/phút trong vòng 5 phút. Sau đó mẫu được lọc qua màng kích thước 0,45 m. Dịch lọc được axit hóa xuống pH < 2 bằng axit HCl đặc để bảo vệ mẫu trước khi đem phân tích As
Tiến hành xác định hàm lượng KLN trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo M6 AAS kết hợp với hệ lò graphit.
- pH (KCl): Được chiết bằng dung dịch KCl 1 N, đo bằng máy pH meter, tỷ lệ đất nước là 1/2,5 (W/V).
- Chất hữu cơ xác định bằng phương pháp Dumas trên thiết bị phân tích đa nguyên tố CNS TruSpec LECO USA.
- CEC được xác định theo phương pháp amoniaxetat (phương pháp Schachtschabel)
2.3.1.6. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm xử lý số liệu SAS 9.0 và Excel 2013: vẽ đồ thị, tính toán giá trị trung bình, sai số chuẩn (SD), sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (LSD), hệ số biến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
động (CV%), phân tích hồi quy và tương quan để xác định mối quan hệ giữa hàm lượng KLN hấp thụ trong cây với hàm lượng KLN có trong đất.
2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi
- Chỉ tiêu về môi trường đất: Các chỉ tiêu được theo dõi trước và sau khi thực hiện thí nghiệm bao gồm: một số KLN (As, Pb, Cd, Zn).
- Chỉ tiêu về khả năng sinh trưởng và phát triển của cây sậy và cây cỏ linh lăng: chiều cao, chiều dài rễ, khối lượng rễ, sinh khối chất xanh.
+ Chiều cao cây: 1 tháng/lần. Được đo từ gốc cây đến lá cao nhất của cây (đo đếm 5 cây/1 ô thí nghiệm)
+ Chiều dài lá: 1 tháng/lần, tính từ sát bẹ lá tới mỏ lá, chiều dài lá ở mỗi CT được tính trung bình chiều dài lá của các lần nhắc lại trong công thức.
+ Chiều dài rễ: cây cỏ linh lăng 2 tháng/lần, cây sậy 4 tháng/lần
- Khả năng tích luỹ KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng được đánh giá thông qua việc phân tích các chỉ tiêu KLN(As, Pb, Cd, Zn) trong rễ, thân và lá.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khái quát mỏ khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng huyện Văn Chấn tỉnh Yên Bái tỉnh Yên Bái
3.1.1.Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên khu mỏ
*Vị trí địa lý
Khu vực khai thác mỏ sắt Nậm Búng thuộc xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái. Diện tích khai thác mỏ sắt là 5ha. Ranh giới khu vực khai thác được khống chế bởi các điểm góc có tọa độ hệ VN 2000 như sau:
Điểm 1: ( 2406044,8; 457735,4) Điểm 2: ( 2406111,8; 457741,3) Điểm 3: ( 2406033,9; 458188,1) Điểm 4: ( 2405837,5; 458189,8)
*Đặc điểm tự nhiên, kinh tế và nhân văn
Dân cư trong vùng bao gồm các dân tộc như Kinh, Thái, Dao …
Mật độ dân cư thưa thớt, dân cư sống tập trung thành thôn, bản sống trong các thung lũng, sườn đồi thấp và dọc đường giao thông. Nguồn sống chính của nhân dân địa phương là sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi và trồng một số cây lâm nghiệp như: keo, thông … Các xã mua bán hàng hóa đời sống nhân dân các dân tộc ngày càng được cải thiện bằng các loại cây trồng vật nuôi phù hợp với đặc điểm đất đai của khu vực.
Không xa khu thăm dò là trung tâm xã Nậm Búng, Tú Lệ. Tại đây có trạm xá, chợ lớn, trường học và một số cơ sở sản xuất các mặt hàng tiêu dùng và chế biến gỗ của địa phương. Nhìn chung, đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân ngày càng được cải thiện.
*Đặc điểm địa chất thủy văn – địa chất công trình Địa chất thủy văn
Mỏ sắt Nậm Búng nằm trên địa hình núi có độ cao trung bình +700m, phía Tây Bắc khu vực mỏ có khe suối nhỏ chảy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam, phía Đông
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Bác cũng có một khe suối chảy theo hướng Đông Bắc – Tây Nam. Ngoài ra, có một số nhánh suối nhỏ có nước về mùa mưa ở phần phía Tây Bắc khu mỏ.
- Nước trên mặt: Mỏ nằm trên dải đất có độ cao trung bình +800m, địa hình phân cắt, mạng lưới sông suối kém phát triển , các nhánh suối cạn chỉ có nước vào mùa mưa. Nguồn nước này khi đã qua công tác xử lý thông thường có thể dùng vào sản xuất của mỏ và sinh hoạt hàng ngày.
- Nước dưới đất: Khu vực mỏ Nậm Búng thuộc các thành tạo không chứa nước và rất nghèo nước với các đá cuội kết tuf, bột kết. cát kết tuf, đá phiến sét chứa vật chất than. Do hoạt động kiến tạo đứt gãy, đá khu vực bị nứt nẻ mạnh, các khe nứt chủ yếu có phương thẳng đứng và lấp đầy bởi các vật liệu sét. Đá chưa phong hóa thường không chứa nước hoặc tàng trữ nước ít trong các khe nứt. Các nguồn nước được xuất lộ đều phân bố trong các đá bị nứt nẻ phong hóa mạnh. Tuy nhiên chúng không có giá trị cung cấp nước cho quá trình khai thác mỏ về sau.
Địa chất công trình
Mỏ sắt Nậm Búng nằm trong hệ tầng Trạm Tấu gồm cuội kết, sạn kết tuf, bột kết, cát kết tuf, đá phiến sét chứa vật chất than. Đá bị biến đổi và nứt nẻ phong hóa mạnh ở phần trên mặt, các khe nứt bị lấp đầy bởi các vật liệu sét. Các đá phân bố ở địa hình cao, độ cao tuyệt đối 700 – 960m, thực vật phát triển ở hai bên sườn chủ yếu là tre nứa và cây gỗ nhỏ. Các nguồn xuất lộ nước dưới dạng mạch nhỏ tại các khe rãnh xâm thực. Thân quặng sắt 1 lộ thành từng điểm lộ một kéo dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam trên mặt địa hình, hoặc nằm dưới mặt địa hình thuộc mỏm núi phía trung tâm khu mỏ, thế nằm 190 -210<60-650. Các thân quặng deluvi, eluvi thường nằm dưới các lớp phủ mỏng. Chiều dày lớp phủ gồm bột, cát, sét và mùn thực vật mỏng (0,4 – 4,5m). Dưới lớp đất phủ do bị phong hóa triệt để thường có màu từ trắng đến nâu đỏ, trạng thái dẻo mền ở lớp trên cùng, càng xuống sâu có trạng thái dẻo cứng vì mứ độ phong hóa giảm đần. Nhìn chung lớp phong hóa trong mỏ có diện tích không lớn, chúng phân bố thành dải ở phần phía Tây khu khai thác hoặc những thấu kính dày từ 5 – 10m. Đánh giá chung điều kiện địa chất công trình