Tổng quan nghiên cứu
Khai thác than đá là ngành công nghiệp mũi nhọn đóng góp quan trọng vào an ninh năng lượng quốc gia, trong đó tỉnh Quảng Ninh chiếm hơn 67% sản lượng than toàn quốc với tổng tài nguyên dự báo đạt 6,287 tỷ tấn. Tuy nhiên, hoạt động khai thác quy mô lớn trong nhiều thập kỷ đã gây ra những tác động sinh thái sâu sắc. Thống kê lịch sử tại khu vực Hòn Gai cho thấy độ che phủ rừng tự nhiên đã suy giảm nghiêm trọng từ 33,7% năm 1970 xuống còn 6,7% năm 1985 và chạm mức 4,7% vào năm 1997, làm mất hơn 2.900 ha rừng do việc mở vỉa và đổ đất đá thải.
Mỏ than Núi Béo (thuộc Công ty Cổ phần Than Núi Béo - Vinacomin) có tổng diện tích khai trường 397,4 ha cùng diện tích bãi thải lên tới 188 ha, nằm liền kề khu dân cư đô thị của thành phố Hạ Long. Việc chuyển đổi từ khai thác lộ thiên sang hầm lò với khối lượng đất đá bóc tích lũy vượt 72,97 triệu m³ đã làm biến dạng địa hình, xói mòn tầng đất mặt và thu hẹp sinh cảnh sống của các quần xã thực vật.
Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường của tác giả Đoàn Thị Quỳnh Trang được thực hiện nhằm kiểm kê, đánh giá hiện trạng đa dạng sinh học hệ thực vật tại mỏ than Núi Béo, phân tích mức độ tác động của quá trình khai thác khoáng sản đến môi trường đất, nước, không khí, từ đó xây dựng cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất các giải pháp phục hồi sinh thái. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ khu vực khai trường và bãi thải Chính Bắc trong giai đoạn từ tháng 5/2017 đến năm 2018. Kết quả nghiên cứu đóng vai trò nền tảng giúp doanh nghiệp hiện thực hóa mục tiêu hoàn nguyên môi trường cho 188 ha đất bãi thải, giảm thiểu 80% nguy cơ sạt lở và bồi lắng cho các thủy vực lân cận.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu vận dụng khung lý thuyết đa dạng sinh học theo định nghĩa của FAO và Quỹ Bảo vệ Thiên nhiên Quốc tế (WWF), tiếp cận ở 3 cấp độ: đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái. Đồng thời, đề tài tích hợp lý thuyết diễn thế sinh thái phục hồi của Clements và quan điểm phân loại thảm thực vật theo điều kiện thổ nhưỡng sinh thái của Warming (1896) và Thái Văn Trừng (1999).
Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa bao gồm:
- Hệ sinh thái nhân tác vùng mỏ: Hệ thống sinh thái bị xáo trộn mạnh bởi hoạt động cơ giới hóa, mất hoàn toàn thảm thực vật nguyên sinh và cấu trúc phẫu diện đất.
- Loài tiên phong phục hồi: Các loài thực vật có biên độ sinh thái rộng, khả năng chịu hạn, chịu chua phèn và cải tạo đất nghèo dinh dưỡng.
- Độ che phủ thảm thực vật: Tỷ lệ phần trăm diện tích bề mặt đất được che chắn bởi tán lá của quần xã thực vật.
- Chỉ số đa dạng sinh học: Thước đo định lượng về mức độ phong phú và đồng đều của các loài trong sinh cảnh nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu định lượng và định tính theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế:
- Cỡ mẫu và phương pháp điều tra thực địa: Thiết lập 30 ô tiêu chuẩn định lượng (kích thước 10m x 10m đối với tầng cây bụi, tái sinh và 20m x 20m đối với tầng cây gỗ) theo quy trình điều tra thực vật của Trường Đại học Lâm nghiệp. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng tại các sinh cảnh đặc trưng gồm bãi thải Chính Bắc đã hoàn nguyên 10 năm, bãi thải mới đổ và thảm cây tự nhiên xung quanh khai trường.
- Phương pháp thu thập và phân tích mẫu đất, nước: Thu thập 15 vị trí mẫu đất ở tầng sâu 10–20 cm tuân thủ TCVN 5297:1995 và TCVN 7538-2:2005; thu thập 12 vị trí mẫu nước mặt tại suối Hà Tu, suối Lại và hồ Khe Cá theo TCVN 5992:1995, TCVN 6663-1:2011.
- Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Các chỉ tiêu kim loại nặng trong đất được phân tích bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để đạt độ nhạy cao; hàm lượng mùn xác định bằng phương pháp Tiurin, đạm tổng số theo Kjeldahl, lân dễ tiêu theo Oniani và kali theo Matlova nhằm đánh giá chính xác độ phì nhiêu của giá thể mỏ. Các thông số nước mặt (pH, DO, TSS, COD) được đo trực tiếp bằng máy HQd Field Case và máy quang phổ Hach DR2800 đảm bảo độ tin cậy đạt chuẩn ISO/IEC 17025.
- Xử lý số liệu: Toàn bộ dữ liệu khảo sát và kết quả phân tích hóa lý được tổng hợp, xử lý thống kê bằng phần mềm MS Excel nhằm phân tích tương quan giữa chất lượng môi trường nền và khả năng thích nghi của hệ thực vật.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Quá trình điều tra và phân tích thực địa đã ghi nhận các kết quả nổi bật về cấu trúc hệ thực vật và chất lượng môi trường nền tại khu vực mỏ Núi Béo:
- Mức độ đa dạng loài suy giảm mạnh: Tổng số loài thực vật ghi nhận tại khu vực mỏ than Núi Béo chỉ có khoảng 126 loài thuộc 52 họ thực vật bậc cao có mạch. Trong đó, họ Đậu (Fabaceae) chiếm tỷ lệ ưu thế cao nhất với 22,2%, tiếp theo là họ Cúc (Asteraceae) chiếm 11,5% và họ Hòa thảo (Poaceae) chiếm 9,8%. Toàn bộ các loài thực vật gỗ lớn bản địa quý hiếm đã biến mất hoàn toàn khỏi khu vực khai trường.
- Suy thoái nghiêm trọng tính chất lý hóa của đất bãi thải: Đất bãi thải tại mỏ than Núi Béo có phản ứng chua đến rất chua với độ pH dao động trong khoảng 4,2 đến 5,3; hàm lượng chất hữu cơ (mùn) cực kỳ nghèo nàn, chỉ đạt dưới 1,15%; hàm lượng lân dễ tiêu thấp hơn 2,8 mg/100g đất và dung tích hấp thu cation thấp, gây cản trở nghiêm trọng cho quá trình tự tái sinh tự nhiên của hạt giống.
- Ô nhiễm nước mặt và bồi lắng cục bộ: Vào mùa mưa, lượng nước chảy tràn qua khai trường và bãi thải đổ dồn về moong khai thác lên tới 267.206 m³/ngày đêm tại vỉa 14 cánh Đông. Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tại các điểm suối Hà Tu và suối Lại vượt từ 1,8 đến 3,5 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT, kéo theo hiện tượng bồi lắng lòng suối dày từ 0,3 đến 0,8 m.
- Hiệu quả phục hồi của mô hình sinh thái 10 năm: Tại khu vực bãi thải Chính Bắc được cải tạo trồng rừng thử nghiệm từ năm 2008 bằng các loài Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) và Keo tai tượng (Acacia mangium), độ che phủ sinh học đã đạt trên 75%. Mật độ cây bụi và thảm tươi tái sinh dưới tán keo đạt bình quân 850 cây/ha, chứng minh khả năng cải tạo môi trường vượt trội của thảm thực vật nhân tạo.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự suy thoái thảm thực vật tại mỏ Núi Béo xuất phát từ việc bóc tách toàn bộ thảm phủ và lớp đất mặt để khai thác các vỉa than 14, 11 và 13 ở độ sâu đáy mỏ xuống tới -135 m. Hệ số bóc đất đá trung bình lên tới 6,76 m³/tấn than đã tạo ra các khối bãi thải khổng lồ với độ dốc sườn tầng lên tới 65–70 độ, gây sạt lở bề mặt và rửa trôi chất dinh dưỡng.
Dữ liệu nghiên cứu có thể được biểu diễn trực quan qua bảng so sánh đặc tính dinh dưỡng đất giữa bãi thải chưa phục hồi và bãi thải sau 10 năm trồng cây họ Đậu. Qua đó, hàm lượng mùn tại bãi thải 10 năm tăng từ 0,8% lên 2,4%, độ pH được cải thiện từ 4,3 lên 5,8. Biểu đồ diễn thế sinh thái cũng thể hiện rõ sự chuyển dịch từ thảm thực vật tiên phong đơn loài sang cấu trúc 2 tầng tán gồm tầng cây gỗ keo và tầng cây bụi bản địa (như ráy, chuối rừng, dương xỉ).
So sánh với các nghiên cứu của Hiệp hội RAME (CHLB Đức) tại bể than Quảng Ninh, kết quả của luận văn khẳng định sự đồng thuận cao: việc đưa các loài cây họ Đậu có khả năng cố định đạm sinh học vào đất bãi thải là mắt xích quyết định để tái tạo chu trình dinh dưỡng, tạo bước đệm sinh thái cho các loài thực vật bản địa quay trở lại.
Đề xuất và khuyến nghị
Dựa trên các kết luận khoa học, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm phục hồi đa dạng sinh học hệ thực vật tại mỏ than Núi Béo:
-
Cải tạo địa hình và ổn định nền móng bãi thải:
- Hành động: Bạt giảm độ dốc sườn tầng bãi thải từ 65 độ xuống 30–32 độ, thiết kế các mặt tầng phân cấp có chiều rộng từ 15–20 m và độ dốc ngược 2–3% về phía chân taluy để thu gom nước chảy tràn.
- Mục tiêu & Timeline: Ổn định cơ học cho toàn bộ 188 ha bãi thải, hoàn thành phân tầng 100% diện tích trước năm 2024.
- Chủ thể: Công ty Cổ phần Than Núi Béo phối hợp cùng các đơn vị tư vấn địa kỹ thuật mỏ.
-
Cải tạo thổ nhưỡng và xử lý hóa tính đất mỏ:
- Hành động: Bổ sung lớp đất mặt màu mỡ dày 20–30 cm từ các khu vực bóc phủ mới; bón vôi nông nghiệp với liều lượng 1,5–2,0 tấn/ha để nâng độ pH đất lên mức 6,0–6,5; cấy bổ sung chế phẩm vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân.
- Mục tiêu & Timeline: Tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất lên trên 2,5% trong giai đoạn 2021–2025.
- Chủ thể: Phòng Đầu tư Môi trường mỏ Núi Béo kết hợp các viện nghiên cứu lâm nghiệp.
-
Thiết kế cơ cấu thảm thực vật phục hồi đa loài, đa tầng:
- Hành động: Sử dụng công thức trồng hỗn loài kết hợp giữa cây tiên phong cải tạo đất (Keo tai tượng, Keo lá tràm với mật độ 1.600–2.000 cây/ha) và gieo xen các loài cỏ giữ đất (cỏ Vetiver, cỏ Ruzi); sau 3–4 năm, tiến hành trồng bổ sung các loài cây bản địa gỗ lớn như Lát hoa (Chukrasia tabularis), Trám trắng (Canarium album), Re gừng (Cinnamomum obtusifolium).
- Mục tiêu & Timeline: Nâng độ che phủ rừng phục hồi lên trên 85% và phát triển cấu trúc thảm thực vật 3 tầng tán ổn định sau 5 năm triển khai.
- Chủ thể: Công ty Than Núi Béo và cộng đồng địa phương tham gia bảo vệ rừng.
-
Kiểm soát nguồn nước moong và bảo vệ hành lang sinh thái suối:
- Hành động: Vận hành tối ưu hệ thống 8 giếng thu nước cưỡng bức tại đáy moong; xây dựng hệ thống đập tràn lắng đọng và hồ sinh thái xử lý nước mặt bằng thực vật thủy sinh (lau, sậy, bèo tây) trước khi xả thải ra suối Hà Tu và suối Lại.
- Mục tiêu & Timeline: Đảm bảo 100% lưu lượng nước thải mỏ đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột A) và duy trì lưu lượng dòng chảy tối thiểu mùa khô từ năm 2022 trở đi.
- Chủ thể: Ban Môi trường Tập đoàn TKV và Công ty Cổ phần Than Núi Béo.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:
- Lãnh đạo và kỹ sư môi trường tại các đơn vị thành viên Tập đoàn TKV: Sử dụng luận văn làm cẩm nang hướng dẫn kỹ thuật để lập phương án cải tạo phục hồi môi trường sau khai thác lộ thiên và quy hoạch cảnh quan bãi thải mỏ đạt chuẩn quy định pháp luật.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Bảo vệ Môi trường): Vận dụng số liệu thực địa và các chỉ số suy giảm thảm thực vật để thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và giám sát việc thực hiện cam kết hoàn nguyên sinh thái của các dự án khoáng sản trên địa bàn.
- Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Môi trường, Lâm học, Sinh thái học: Khai thác nguồn dẫn liệu về 126 loài thực vật, phương pháp phân tích thổ nhưỡng bãi thải mỏ và mô hình phục hồi sinh thái 10 năm để phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu chuyên sâu.
- Các tổ chức phi chính phủ và đơn vị tư vấn môi trường: Tham khảo khung phân tích và các chỉ tiêu giám sát sinh học để thiết kế các dự án bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển kinh tế tuần hoàn tại các vùng mỏ than Đông Bắc Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
Hoạt động khai thác than tại mỏ Núi Béo đã tác động tiêu cực nhất đến yếu tố sinh thái nào?
Tác động tiêu cực nhất là sự phá hủy hoàn toàn thảm thực vật nguyên sinh và lớp đất mặt trên diện tích hơn 397,4 ha khai trường. Việc đổ thải đất đá với khối lượng hơn 72,97 triệu m³ làm mất trắng sinh cảnh sống của các loài bản địa, hạ thấp mực nước ngầm xuống mức -50m và làm nghèo kiệt hệ vi sinh vật đất.
Vì sao cây keo lá tràm và keo tai tượng lại là lựa chọn tối ưu cho giai đoạn đầu phục hồi bãi thải?
Hai loài cây này có hệ rễ nốt sần chứa vi khuẩn cộng sinh cố định nitơ tự do, sinh trưởng rất nhanh trên đất chua có pH từ 4,2 đến 5,3 và chịu hạn tốt. Sau 10 năm trồng thử nghiệm tại bãi thải Chính Bắc, chúng đã tạo độ che phủ trên 75% và làm tăng hàm lượng mùn trong đất lên gấp 3 lần.
Nguồn nước thải từ moong khai thác mỏ than Núi Béo ảnh hưởng trực tiếp đến những thủy vực nào?
Lưu lượng nước moong mùa mưa lên tới 267.206 m³/ngày đêm được thoát cưỡng bức qua 8 giếng bơm sẽ chảy vào suối Hà Tu (đổ về hồ Khe Cá và Vịnh Hạ Long) và suối Lại (đổ về vịnh Cửa Lục), gây nguy cơ bồi lắng lòng suối và làm đục nước vùng ven bờ nếu không qua xử lý lắng lọc.
Độ tin cậy của các số liệu thổ nhưỡng và thực vật trong luận văn được bảo đảm bằng phương pháp nào?
Các số liệu được thu thập qua 30 ô tiêu chuẩn thực địa và 15 vị trí mẫu đất phân tầng 10–20 cm. Mẫu được phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS và máy Hach DR2800 tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn VIMCERTS của VITE, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia TCVN và ISO.
Cần khoảng thời gian bao lâu để một bãi thải mỏ than tái lập được hệ sinh thái thực vật ổn định?
Nghiên cứu chỉ ra rằng cần tối thiểu 3 đến 5 năm trồng cây tiên phong họ Đậu để ổn định bề mặt và cải tạo độ phì của đất. Sau đó, cần thêm từ 7 đến 10 năm trồng xen và nuôi dưỡng các loài cây gỗ bản địa để hình thành cấu trúc rừng 3 tầng tán bền vững tương đương rừng tự nhiên thứ sinh.
Kết luận
- Đánh giá toàn diện hiện trạng: Luận văn đã kiểm kê chi tiết 126 loài thực vật thuộc 52 họ tại mỏ Núi Béo, phản ánh sự suy giảm nghiêm trọng của đa dạng sinh học do hoạt động bóc đất đá với khối lượng trên 72,97 triệu m³.
- Làm rõ rào cản sinh thái: Xác định tính chất chua phèn (pH 4,2–5,3) và sự thiếu hụt dinh dưỡng mùn (< 1,15%) là hai yếu tố hạn chế lớn nhất cản trở sự tự phục hồi của thảm thực vật bãi thải.
- Khẳng định tính khả thi của giải pháp sinh học: Chứng minh mô hình trồng keo tai tượng và keo lá tràm sau 10 năm tại bãi thải Chính Bắc giúp khôi phục độ che phủ đạt trên 75% và nâng mật độ cây tái sinh lên 850 cây/ha.
- Đóng góp cơ sở khoa học hoàn nguyên: Đề xuất quy trình tích hợp giữa kỹ thuật bạt tầng cơ học (giảm góc dốc xuống 30–32 độ), bón vôi cải tạo đất và trồng rừng đa tầng loài cho 188 ha bãi thải mỏ.
- Lộ trình và hành động tiếp theo: Doanh nghiệp cần phối hợp với các cơ quan quản lý triển khai đồng bộ lộ trình hoàn nguyên giai đoạn 2021–2025, ứng dụng mô hình hồ lắng sinh học để kiểm soát 100% nước thải mỏ trước khi xả ra lưu vực vịnh Hạ Long.
Quý độc giả và các nhà nghiên cứu quan tâm đến mô hình phục hồi môi trường mỏ có thể tiếp tục tham khảo chi tiết toàn văn luận văn thạc sĩ của tác giả Đoàn Thị Quỳnh Trang để áp dụng hiệu quả vào thực tiễn quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường khoáng sản.