Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động khai thác khoáng sản tại huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên đã gây ra những tác động tiêu cực nghiêm trọng đến môi trường đất, làm suy thoái đất nông nghiệp và lâm nghiệp, ảnh hưởng đến khả năng sản xuất nông nghiệp bền vững. Với tổng diện tích đất tự nhiên của thị trấn Trại Cau là 627,1 ha, trong đó đất nông nghiệp chiếm 33,96%, hoạt động khai khoáng đã làm giảm đáng kể diện tích đất canh tác do đất bị xáo trộn, ô nhiễm và suy thoái. Mỏ sắt Trại Cau có trữ lượng khoảng 3,17 triệu tấn, công suất khai thác hiện nay đạt 350.000 tấn/năm, với sản lượng khai thác tăng nhanh qua các năm, kéo theo lượng chất thải đất đá lớn, gây xói mòn và sạt lở đất nghiêm trọng.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng và chất lượng đất sau khai khoáng, xác định khả năng sinh trưởng và cải tạo đất của một số loài cây đậu đỗ ngắn ngày, cây phân xanh họ đậu dài ngày, cũng như nghiên cứu biện pháp chống xói mòn, sạt lở đất bằng biện pháp sinh học trên đất có độ dốc lớn tại thị trấn Trại Cau. Thời gian nghiên cứu từ tháng 3/2010 đến tháng 10/2011, tập trung tại các bãi thải đất sau khai thác quặng sắt tại huyện Đồng Hỷ.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phục hồi đất sau khai khoáng, góp phần tăng diện tích đất có chất lượng tốt phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp, đồng thời hạn chế xói mòn, sạt lở đất trên các bãi thải có độ dốc lớn, từ đó thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về đất và cải tạo đất, trong đó đất được xem là hệ thống sống bao gồm phần rắn (khoáng chất và hữu cơ), dung dịch đất và khí đất. Đất trồng có vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, với các chỉ tiêu như hàm lượng mùn, độ phì nhiêu, cấu trúc đất, pH và các chất dinh dưỡng (đạm, lân, kali). Cải tạo đất nhằm nâng cao độ phì nhiêu, cải thiện cấu trúc và tính chất lý hóa của đất, đặc biệt là đất bị thoái hóa sau khai khoáng.

Lý thuyết về cây phân xanh họ đậu nhấn mạnh vai trò của các loài cây này trong việc cố định đạm, bổ sung dinh dưỡng, cải tạo cấu trúc đất và chống xói mòn. Các mô hình canh tác bền vững trên đất dốc như SALT (Sloping Agricultural Land Technology) cũng được tham khảo để áp dụng biện pháp sinh học chống xói mòn.

Khái niệm về biện pháp sinh học chống xói mòn tập trung vào việc sử dụng các loài cây có bộ rễ phát triển mạnh như cỏ Vetiver, cỏ voi để giữ đất, giảm thiểu xói mòn và sạt lở trên các bãi thải có độ dốc lớn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu sơ cấp thu thập từ các thí nghiệm trồng cây trên đất sau khai khoáng tại thị trấn Trại Cau, kết hợp với số liệu thứ cấp từ các báo cáo, tài liệu khoa học và điều tra thực địa.

Phương pháp nghiên cứu gồm:

  • Điều tra hiện trạng và chất lượng đất sau khai khoáng thông qua phỏng vấn 30 hộ dân đại diện, khảo sát thực địa và phân tích mẫu đất.
  • Thí nghiệm trồng 7 giống cây đậu đỗ ngắn ngày và 7 giống cây phân xanh họ đậu dài ngày trên đất mới hoàn thổ, bố trí theo thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) với 3 lần nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm 30 m².
  • Thí nghiệm trồng 3 loại cây cỏ chống xói mòn (cỏ Vetiver, cỏ voi, cây sậy) trên đất có độ dốc 35-45°, bố trí theo thiết kế khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (CRBD) với 3 lần nhắc lại.
  • Theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng cây (chiều cao, số cành, số nốt sần, năng suất chất xanh, chất khô), chỉ tiêu đất (độ ẩm, dung trọng, độ xốp, hàm lượng mùn, đạm, lân, kali, pH), và đánh giá lượng đất bị xói mòn, dinh dưỡng bị mất.
  • Phân tích số liệu bằng phương pháp trung bình số học, phân tích phương sai ANOVA, xử lý trên phần mềm Excel và IRRISTAT.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 3/2010 đến tháng 10/2011, tập trung tại các bãi thải đất sau khai khoáng tại thị trấn Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng đất sau khai khoáng: Đất sau khai khoáng tại khu vực nghiên cứu có dung trọng trung bình 1,45 g/cm³, độ xốp khoảng 45%, hàm lượng mùn thấp (khoảng 1,2%), pH đất dao động từ 5,2 đến 5,8, đạm tổng số trung bình 0,08%, lân tổng số 0,03%, kali tổng số 0,05%. Người dân phản ánh đất bị suy thoái nghiêm trọng, mất khả năng canh tác, dễ bị xói mòn và sạt lở.

  2. Khả năng sinh trưởng và cải tạo đất của cây đậu đỗ ngắn ngày: Trong 7 giống cây đậu đỗ thử nghiệm, đậu đen (Vigna unguiculata L.) và đậu mèo Sapa (Mucuna pruiriens sp.) có chiều cao trung bình 45-50 cm sau 3 tháng, số lượng nốt sần đạt 120-130 nốt/cây, năng suất chất xanh đạt 12-14 tấn/ha, năng suất chất khô đạt 3,5-4 tấn/ha, cao hơn 25-30% so với các giống khác. Đất sau trồng các giống này có hàm lượng mùn tăng lên 1,8%, đạm tổng số tăng 0,12%, độ xốp tăng lên 50%.

  3. Khả năng sinh trưởng và cải tạo đất của cây phân xanh họ đậu dài ngày: Các loài muồng lá nhọn (Cassia occidentalis L.) và cốt khí (Tephrosia candida) có chiều cao trung bình 1,2-1,5 m sau 12 tháng, số lượng nốt sần đạt 200-220 nốt/cây, năng suất chất xanh đạt 25-28 tấn/ha, năng suất chất khô đạt 7-8 tấn/ha. Đất sau trồng có dung trọng giảm xuống 1,3 g/cm³, độ xốp tăng lên 55%, hàm lượng mùn tăng 2,5%, đạm tổng số tăng 0,18%, lân và kali tổng số cũng tăng tương ứng 0,05% và 0,07%.

  4. Hiệu quả biện pháp sinh học chống xói mòn, sạt lở đất: Cỏ Vetiver có sinh khối chất xanh trung bình 15 tấn/ha, chiều dài rễ đạt 1,8 m, độ ăn sâu của rễ 1,5 m, khối lượng rễ đạt 3,2 tấn/ha. Lượng đất bị xói mòn giảm 60% so với ô đối chứng không trồng cây, lượng dinh dưỡng mất do xói mòn giảm 55%. Cỏ voi và cây sậy cũng có hiệu quả nhưng thấp hơn, giảm xói mòn lần lượt 40% và 35%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy các loài cây đậu đỗ ngắn ngày và cây phân xanh họ đậu dài ngày có khả năng sinh trưởng tốt trên đất sau khai khoáng, góp phần cải tạo cấu trúc đất, tăng hàm lượng mùn và dinh dưỡng, giảm dung trọng và tăng độ xốp đất, từ đó nâng cao độ phì nhiêu và khả năng giữ nước của đất. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của cây họ đậu trong cải tạo đất bạc màu và đất thoái hóa.

Biện pháp sinh học sử dụng cỏ Vetiver và các loài cỏ bản địa khác đã chứng minh hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thiểu xói mòn và sạt lở đất trên các bãi thải có độ dốc lớn. Bộ rễ phát triển sâu và dày đặc của cỏ Vetiver giúp giữ đất chắc chắn, hạn chế dòng chảy bề mặt và giữ lại dinh dưỡng trong đất. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về vai trò của cỏ Vetiver trong bảo vệ đất và môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chiều cao cây, năng suất chất xanh, hàm lượng mùn đất trước và sau trồng, cũng như biểu đồ cột thể hiện lượng đất bị xói mòn và lượng dinh dưỡng mất trong các ô thí nghiệm khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng loại cây và biện pháp sinh học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai trồng đại trà các giống cây đậu đỗ ngắn ngày có khả năng cải tạo đất tốt như đậu đen và đậu mèo Sapa trên các diện tích đất sau khai khoáng mới hoàn thổ, nhằm tăng nhanh hàm lượng hữu cơ và cải thiện cấu trúc đất trong vòng 1-2 vụ mùa. Chủ thể thực hiện: UBND huyện Đồng Hỷ phối hợp với các đơn vị nông nghiệp địa phương.

  2. Khuyến khích trồng cây phân xanh họ đậu dài ngày như muồng lá nhọn, cốt khí trên các khu vực đất xáo trộn nhiều, đá lẫn cao để cải tạo đất bền vững, nâng cao độ phì nhiêu và khả năng giữ nước đất trong vòng 1-3 năm. Chủ thể thực hiện: Trung tâm khuyến nông tỉnh Thái Nguyên và các hộ nông dân.

  3. Áp dụng biện pháp sinh học chống xói mòn bằng trồng cỏ Vetiver trên các bãi thải có độ dốc lớn (35-45°) để giảm thiểu xói mòn đất và sạt lở, bảo vệ môi trường đất và nguồn nước, với kế hoạch trồng và chăm sóc trong vòng 1 năm đầu tiên. Chủ thể thực hiện: Công ty khai thác khoáng sản phối hợp với chính quyền địa phương.

  4. Tăng cường công tác tuyên truyền, đào tạo kỹ thuật trồng và chăm sóc cây cải tạo đất, cây chống xói mòn cho người dân và cán bộ kỹ thuật nhằm nâng cao nhận thức và năng lực quản lý đất sau khai khoáng. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thái Nguyên.

  5. Xây dựng quy hoạch sử dụng đất sau khai khoáng kết hợp với các biện pháp cải tạo sinh học và kỹ thuật để đảm bảo sử dụng đất hiệu quả, bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực của khai khoáng đến môi trường. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Thái Nguyên phối hợp các sở ngành liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách về tài nguyên đất và môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các chính sách phục hồi đất sau khai khoáng, bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia nông nghiệp, môi trường: Tài liệu chi tiết về phương pháp nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và phân tích giúp phát triển các nghiên cứu tiếp theo về cải tạo đất và chống xói mòn.

  3. Các doanh nghiệp khai thác khoáng sản và đơn vị quản lý mỏ: Tham khảo các biện pháp cải tạo đất và chống xói mòn hiệu quả để áp dụng trong quản lý môi trường khai thác, giảm thiểu tác động tiêu cực.

  4. Người dân và nông dân tại các vùng khai khoáng: Hướng dẫn kỹ thuật trồng cây cải tạo đất và chống xói mòn, giúp phục hồi đất canh tác, nâng cao năng suất và thu nhập.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần cải tạo đất sau khai khoáng?
    Khai khoáng làm phá vỡ cấu trúc đất, giảm độ phì nhiêu, gây ô nhiễm và xói mòn. Cải tạo đất giúp phục hồi khả năng sản xuất, tăng hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng, cải thiện cấu trúc đất, từ đó nâng cao năng suất cây trồng.

  2. Loài cây nào thích hợp để cải tạo đất sau khai khoáng?
    Các loài cây họ đậu như đậu đen, đậu mèo, muồng lá nhọn, cốt khí có khả năng cố định đạm, tăng mùn đất và cải thiện cấu trúc đất rất tốt. Cỏ Vetiver được khuyến cáo để chống xói mòn và sạt lở đất.

  3. Biện pháp sinh học chống xói mòn đất hiệu quả nhất là gì?
    Trồng cỏ Vetiver với bộ rễ sâu và dày đặc giúp giữ đất chắc chắn, giảm xói mòn đến 60% so với không trồng cây, đồng thời giữ lại lượng dinh dưỡng trong đất.

  4. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là gì?
    Nghiên cứu sử dụng thiết kế thí nghiệm hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) và khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (CRBD), theo dõi chỉ tiêu sinh trưởng cây, tính chất đất, lượng đất và dinh dưỡng bị xói mòn, phân tích số liệu bằng ANOVA.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
    Cần phối hợp giữa chính quyền, doanh nghiệp khai thác và người dân để triển khai trồng các loài cây cải tạo đất và chống xói mòn trên diện rộng, đồng thời tổ chức đào tạo kỹ thuật và xây dựng quy hoạch sử dụng đất hợp lý.

Kết luận

  • Đất sau khai khoáng tại huyện Đồng Hỷ có chất lượng thấp, dung trọng cao, độ xốp thấp, hàm lượng mùn và dinh dưỡng giảm nghiêm trọng, dễ bị xói mòn và sạt lở.
  • Các loài cây đậu đỗ ngắn ngày và cây phân xanh họ đậu dài ngày có khả năng sinh trưởng tốt, cải tạo đất hiệu quả, tăng hàm lượng mùn, đạm, lân, kali và cải thiện cấu trúc đất.
  • Cỏ Vetiver là giải pháp sinh học hiệu quả nhất trong việc chống xói mòn, sạt lở đất trên các bãi thải có độ dốc lớn, giảm lượng đất và dinh dưỡng mất do xói mòn đáng kể.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các biện pháp cải tạo đất và chống xói mòn phù hợp với điều kiện địa phương, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững.
  • Đề xuất triển khai trồng đại trà các loài cây cải tạo đất và áp dụng biện pháp sinh học chống xói mòn trong vòng 1-3 năm tới, đồng thời tăng cường đào tạo và quy hoạch sử dụng đất sau khai khoáng.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan chức năng và doanh nghiệp khai thác khoáng sản cần phối hợp triển khai các giải pháp cải tạo đất và chống xói mòn đã được nghiên cứu, đồng thời tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả để điều chỉnh phù hợp. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp tỉnh Thái Nguyên.