Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động khai khoáng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế tại Việt Nam với mức đóng góp xấp xỉ 5,6% GDP toàn quốc. Tuy nhiên, các hoạt động khai thác than lộ thiên quy mô lớn tại tỉnh Quảng Ninh đang tạo ra những xung đột môi trường gay gắt, đặc biệt là sự suy thoái nghiêm trọng của thảm thực vật bản địa. Khu vực mỏ than Hà Tu thuộc địa bàn phường Hà Khánh và phường Hà Phong, thành phố Hạ Long là một trong những trung tâm khai thác lâu đời với công suất thiết kế 3,3 triệu tấn than nguyên khai mỗi năm theo giấy phép khai thác của Bộ Tài nguyên và Môi trường giai đoạn 2016 - 2025. Quá trình bóc đất đá với tổng khối lượng tích lũy vượt trên 440,55 triệu m3 (trong đó bãi thải trong Vỉa Trụ chứa 336 triệu m3 và bãi thải khu Bắc Bàng Danh chứa 104,55 triệu m3) đã làm đảo lộn địa mạo, tàn phá thảm thực vật tự nhiên và gia tăng nguy cơ trượt lở khi xảy ra các đợt mưa cực đoan lên tới 899 mm như đợt mưa lịch sử cuối tháng 7 năm 2015. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học môi trường tập trung đánh giá toàn diện các tác động tiêu cực của quá trình khai thác mỏ đến quần xã thực vật từ năm 2016 đến năm 2018, đồng thời xây dựng định hướng và giải pháp phục hồi sinh thái bằng các loài thực vật tiên phong có khả năng thích nghi cao. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc đề xuất mô hình phủ xanh đạt tỷ lệ che phủ trên 75% diện tích đất đá thải, giúp giảm thiểu hơn 60% lượng đất đá rửa trôi vào hệ thống thủy văn suối Lộ Phong và suối Lại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết diễn thế sinh thái phục hồi kết hợp với nguyên lý công nghệ sinh học môi trường trong cải tạo bãi thải sau khai khoáng. Mô hình đánh giá tập trung vào mối quan hệ tương tác giữa đặc tính cơ lý hóa của đất đá thải mỏ (với thành phần trầm tích chứa than gồm cuội kết, sạn kết, cát kết, sét kết chiếm trên 56%) và khả năng sinh trưởng của quần xã thực vật. Ba khái niệm trung tâm bao gồm: thảm thực vật tiên phong có khả năng cố định đạm và chịu hạn; độ ổn định sườn dốc bãi thải mỏ với góc dốc tự nhiên từ 33 đến 37 độ; và phục hồi sinh thái bền vững hướng tới tái lập hệ sinh thái rừng đa tầng bản địa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp hồi cứu dữ liệu thứ cấp từ Công ty Cổ phần Than Hà Tu - Vinacomin với khảo sát thực địa chuyên sâu thực hiện từ tháng 11 năm 2016 đến tháng 8 năm 2017. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 8 vị trí quan trắc chất lượng không khí (ký hiệu từ K1 đến K8), 6 vị trí quan trắc nước mặt và nước ngầm, cùng 10 ô tiêu chuẩn đại diện cho các sườn tầng và mặt bãi thải có độ cao từ mức +20 m đến +170 m. Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được áp dụng nhằm đảm bảo tính đại diện cho từng kiểu địa hình và mức độ thoái hóa đất. Mẫu đất được lấy ở độ sâu 10 - 20 cm theo tiêu chuẩn TCVN 4046:1985 và TCVN 5297:1995 sau khi đã gạt bỏ lớp bề mặt. Lý do lựa chọn hệ thống phân tích hóa lý trong phòng thí nghiệm (sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS phân tích kim loại nặng, phương pháp ống hút Robinson phân tích thành phần cơ giới, phương pháp Tiurin xác định mùn và phương pháp Kjeldahl xác định nitơ tổng số) là nhằm lượng hóa chính xác các hạn chế khắc nghiệt của bãi thải mỏ (nghèo kiệt mùn, hàm lượng đá lẫn cao, độ chua lớn) trước khi lựa chọn loài thực vật thích ứng như cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides với bộ rễ cắm sâu 3 - 4 m, chịu pH từ 3,3 đến 12,5) và keo lá tràm (Acacia auriculiformis).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hoạt động khai thác than lộ thiên với công suất 3,3 triệu tấn/năm và hệ số bóc đất đá cao từ 12,91 đến 42,61 m3/tấn đã xóa sổ hoàn toàn lớp phủ thực vật nguyên sinh trên toàn bộ diện tích khai trường Bắc Bàng Danh. Đất đá bãi thải chủ yếu là cuội sạn kết (chiếm 30,40%), cát kết (26,80%) và bột kết (20,0%) có kết cấu rời rạc, nghèo dinh dưỡng. Thứ hai, chất lượng môi trường không khí bị suy giảm nghiêm trọng do phát sinh bụi: nồng độ bụi tổng số (TSP) dao động từ 0,22 mg/m3 đến 0,52 mg/m3; tại khu vực sàng 3 ghi nhận mức 0,52 mg/m3, vượt quy chuẩn QCVN 05:2013/BTNMT khoảng 1,73 lần; mức ồn tương đương Leq dao động từ 55,2 đến 72,7 dBA và mức ồn cực đại Lmax lên tới 88,4 dBA tại xưởng sửa chữa ô tô số 1. Thứ ba, sự phục hồi tự nhiên của thảm thực vật diễn ra rất chậm chạp, chỉ có một số loài cỏ dại chịu hạn như lách (Saccharum spontaneum), đơn buốt (Bidens pilosa) và cỏ nến (Typha orientalis) xuất hiện với mật độ thưa thớt dưới 15% diện tích bề mặt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến thảm thực vật khó tự phục hồi là do cấu trúc sườn tầng bãi thải có chiều cao 20 - 30 m, góc nghiêng 33 - 37 độ làm gia tăng tốc độ dòng chảy tràn, khiến nước mưa bị rửa trôi nhanh và không giữ được độ ẩm cho hạt nảy mầm. Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ phân bố bụi theo không gian và thời gian giữa mùa khô (tháng 10/2016) và mùa mưa (tháng 4/2017), thể hiện rõ mức độ ô nhiễm gia tăng cục bộ tại các khai trường thấp trũng. Đồng thời, bảng ma trận đối sánh các chỉ tiêu thổ nhưỡng (độ ẩm đất chỉ đạt 5 - 12%) và tỷ lệ sống sót của các loài cây thử nghiệm chứng minh rằng cây họ đậu như Keo lá tràm và Keo tai tượng (Acacia mangium) đạt tỷ lệ sống sót vượt trội trên 85% nhờ hệ vi khuẩn nốt sần Rhizobium cố định đạm. So với các công trình nghiên cứu phục hồi bãi thải mỏ than tại Cẩm Phả và Uông Bí, việc kết hợp trồng cỏ Vetiver làm đai chắn ngang sườn dốc đã giúp giảm thiểu tới 65% tốc độ xói mòn rãnh mặt tầng thải.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, cải tạo địa hình sườn dốc bãi thải: Công ty Cổ phần Than Hà Tu - Vinacomin cần thực hiện cắt tầng giật cấp với chiều cao mỗi tầng từ 15 đến 20 m, góc nghiêng hạ xuống dưới 30 độ; gieo trồng cỏ Vetiver thành các hàng rào sinh học song song cách nhau 2 - 3 m nhằm giữ đất và giữ ẩm, hướng tới mục tiêu giảm 70% lượng bùn đất xói lở vào mùa mưa trong giai đoạn 2018 - 2021.

Hai là, thiết lập mô hình phủ xanh đa tầng kết hợp cây cải tạo đất: Triển khai trồng Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) và Keo tai tượng (Acacia mangium) với mật độ ban đầu 1.600 - 2.000 cây/ha làm cây che bóng và cố định đạm; sau 3 - 5 năm khi tầng mùn đạt độ dày trên 5 cm, tiến hành trồng xen các loài cây gỗ bản địa lâu năm như Thông nhựa (Pinus merkusii) và Phi lao (Casuarina equisetifolia) nhằm khôi phục hệ sinh thái rừng tự nhiên bền vững trong giai đoạn 2022 - 2025.

Ba là, hoàn thiện hạ tầng thoát nước và xử lý nước mặt: Xây dựng hệ thống rãnh gom nước đỉnh tầng, hố lắng bậc thang dọc chân tầng thải và đập tràn sinh học tại khu vực suối Lại và suối Lộ Phong; đảm bảo 100% lượng nước mặt chảy tràn qua bãi thải được lắng lọc bùn cát trước khi xả ra lưu vực vịnh Hạ Long, duy trì hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.

Bốn là, tổ chức quan trắc và giám sát sinh thái định kỳ: Phòng Môi trường mỏ phối hợp với các cơ quan quản lý môi trường tiến hành lấy mẫu kiểm tra chất lượng đất, nước, không khí tối thiểu 4 lần/năm; đồng thời đánh giá tỷ lệ che phủ và tốc độ tăng trưởng sinh khối của thảm thực vật định kỳ 6 tháng/lần để kịp thời điều chỉnh kỹ thuật chăm bón và bổ sung loài cây trồng phù hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các nhà quản lý môi trường và cơ quan hoạch định chính sách thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và các tỉnh có hoạt động khai khoáng, sử dụng công trình làm tài liệu đối sánh để thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và phương án cải tạo phục hồi môi trường mỏ lộ thiên.

Nhóm thứ hai là ban lãnh đạo và cán bộ kỹ thuật của các doanh nghiệp khai thác than thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), ứng dụng quy trình kỹ thuật giật cấp tầng thải và danh mục loài cây tiên phong vào thực tế thi công hoàn nguyên môi trường tại các bãi thải kết thúc khai thác.

Nhóm thứ ba là các nhà khoa học, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Lâm sinh, Sinh thái học tại các trường đại học, sử dụng luận văn làm tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ sinh học phục hồi đất đá thải mỏ và cơ chế thích ứng của thực vật trong điều kiện sinh thái cực đoan.

Nhóm thứ tư là các tổ chức tư vấn môi trường thực hiện các dự án bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển bền vững vùng ven biển Đông Bắc, tham khảo các chỉ số định lượng về xói mòn và phục hồi sinh quyển để xây dựng các giải pháp sinh thái dựa vào tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao hoạt động khai thác than mỏ Hà Tu lại gây ảnh hưởng nặng nề đến thảm thực vật tự nhiên? Quá trình bóc xúc hơn 440,55 triệu m3 đất đá và hạ sâu moong khai thác đã triệt tiêu hoàn toàn lớp đất màu mỡ tự nhiên. Đất đá bãi thải chứa trên 50% cuội sạn kết và cát kết có độ ẩm thấp (dưới 12%) cùng góc sườn dốc 33 - 37 độ khiến thảm thực vật tự nhiên không thể tự phục hồi nếu không có can thiệp kỹ thuật.

Tại sao cỏ Vetiver được lựa chọn làm giải pháp hàng rào sinh học tiên phong trên sườn bãi thải? Cỏ Vetiver sở hữu bộ rễ đồ sộ cắm thẳng đứng sâu từ 3 đến 4 m, chịu được dải pH biến động cực đoan từ 3,3 đến 12,5 và hấp thụ kim loại nặng tốt. Thực nghiệm chứng minh các băng cỏ Vetiver trồng ngang sườn dốc giúp giữ đất hiệu quả, giảm tới hơn 60% tốc độ xói mòn bề mặt tầng thải trong mùa mưa lũ.

Loài cây thân gỗ nào cho khả năng sinh trưởng và cải tạo đất tốt nhất tại bãi thải mỏ Hà Tu? Keo lá tràm và Keo tai tượng là hai loài cây gỗ tối ưu nhờ khả năng cộng sinh với vi khuẩn nốt sần Rhizobium để cố định đạm khí quyển. Các loài này đạt tỷ lệ sống sót trên 85% trên nền đất đá nghèo kiệt dinh dưỡng, nhanh chóng tạo độ che phủ tán rừng và bổ sung tầng mùn hữu cơ dày trên 5 cm sau 3 - 5 năm trồng.

Chiều cao và góc nghiêng của tầng thải tác động như thế nào đến tỷ lệ sống của cây trồng? Bãi thải có chiều cao 20 - 30 m với góc nghiêng tự nhiên 33 - 37 độ tạo ra dòng chảy tràn có động năng lớn cuốn trôi phân bón và làm trôi gốc cây con. Việc giật cấp hạ chiều cao tầng xuống dưới 20 m và giảm góc nghiêng xuống dưới 30 độ là điều kiện bắt buộc để giữ nước và duy trì tỷ lệ sống của cây trên 80%.

Luận văn đề xuất lộ trình phục hồi thảm thực vật mỏ than Hà Tu theo những mốc thời gian nào? Lộ trình phục hồi gắn liền với kế hoạch khai thác mỏ 2016 - 2025: Giai đoạn 2018 - 2021 tập trung ổn định địa hình, làm rãnh thoát nước và trồng cỏ Vetiver phủ xanh sườn dốc; giai đoạn 2022 - 2025 tiến hành trồng rừng hỗn giao đa tầng với cây họ keo và cây bản địa lâu năm trên toàn bộ diện tích bãi thải.

Kết luận

  • Làm rõ mức độ suy thoái thảm thực vật và ô nhiễm bụi với nồng độ TSP đạt tới 0,52 mg/m3 do hoạt động bóc xúc hơn 440,55 triệu m3 đất đá tại mỏ than Hà Tu.
  • Xác định các yếu tố giới hạn sinh thái học của bãi thải với tỷ lệ hạt thô trên 56% và sườn dốc nghiêng 33 - 37 độ gây cản trở nghiêm trọng quá trình tái sinh tự nhiên.
  • Tuyển chọn thành công tập đoàn cây trồng tiên phong gồm Cỏ Vetiver, Keo lá tràm và Keo tai tượng có tỷ lệ sống sót thực địa đạt trên 85%.
  • Xây dựng mô hình kỹ thuật kết hợp giật cấp sườn tầng bãi thải với bố trí dải cây sinh học giúp giảm hơn 60% xói mòn đất đá trôi lấp.
  • Hoàn thiện hệ thống giải pháp công trình và phi công trình phục hồi môi trường mỏ đạt quy chuẩn quốc gia theo lộ trình 2018 - 2025.

Các doanh nghiệp khai thác than và cơ quan quản lý nhà nước cần khẩn trương áp dụng quy trình phục hồi sinh thái này vào thực tế để giảm thiểu rủi ro môi trường và hướng tới mục tiêu phát triển ngành công nghiệp khai khoáng bền vững tại tỉnh Quảng Ninh.