Nghiên cứu sử dụng thực vật để phục hồi bãi thải sau khai thác than tại Công ty Cổ phần Than Núi Béo

Nghiên cứu sử dụng thực vật cải tạo bãi thải sau khai thác than tại Công ty Cổ phần Than Núi Béo Vinacomin, góp phần bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Lê Thị Nguyên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kiều Băng Tâm
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng một số loài thực vật cải tạo, phục hồi bãi thải sau khai thác than (Thí điểm tại bãi thải chính Bắc Công ty Cổ phần Than Núi Béo – Vinacomin)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4. Khái quát về một số loài thực vật cải tạo, phục hồi môi trường
• 1.4.1. Le Oxytenanthera albociliata Munro.
• 1.4.2. Chít (đót) Thysanolaena maxima Roxb
• 1.4.3. Thông hai lá (Thông nhựa) Pinus merkusii Jung.et De Vriese.
• 1.5. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
• 1.5.1. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu
• 1.5.2. Điều kiện kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
• 1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. Phương pháp tổng hợp, kế thừa các tài liệu, số liệu
• 1.6.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
• 1.6.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 1.6.4. Phương pháp thí nghiệm trên đồng ruộng
• 1.6.5. Xử lý, tính toán số liệu theo phương pháp thống kê toán học được thực hiện trên máy vi tính chương trình excel
• 1.6.6. Phương pháp phân tích, tổng hợp
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng khu vực nghiên cứu
• 3.2. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu
• 3.3. Hiện trạng khai thác than
• 3.4. Thành phần, đặc điểm chung của bãi thải ngành than
• 3.5. Thành phần, đặc điểm bãi thải Chính Bắc
• 3.6. Hiện trạng tài nguyên sinh vật
• 3.7. Kết quả phân tích chất lượng môi trường
• 3.7.1. Chất lượng môi trường không khí
• 3.7.2. Chất lượng môi trường đất khu vực bãi thải
• 3.8. Đánh giá tác động tới môi trường
• 3.9. Đánh giá khả năng ứng dụng thực vật
• 3.10. Chọn chủng loại, lựa chọn cây giống
• 3.11. Kết quả thử nghiệm
• 3.12. Định hướng chung
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phục hồi bãi thải khai thác than

Nghiên cứu phục hồi bãi thải khai thác than là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh hiện nay. Hoạt động khai thác than đã để lại nhiều hệ lụy cho môi trường, đặc biệt là các bãi thải lớn. Việc phục hồi bãi thải không chỉ giúp cải thiện chất lượng môi trường mà còn góp phần bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên. Công ty Núi Béo đã thực hiện nhiều nghiên cứu nhằm tìm ra các phương pháp hiệu quả để phục hồi bãi thải bằng thực vật.

1.1. Tình hình khai thác than và tác động đến môi trường

Khai thác than lộ thiên tạo ra các bãi thải lớn, làm thay đổi cảnh quan và gây ô nhiễm môi trường. Các bãi thải này thường chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng đến đất, nước và không khí. Việc phục hồi bãi thải là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực này.

1.2. Vai trò của thực vật trong phục hồi bãi thải

Thực vật có khả năng cải tạo đất, giảm xói mòn và tạo lớp mùn cho bãi thải. Nghiên cứu cho thấy một số loài thực vật có khả năng sinh trưởng tốt trong điều kiện khắc nghiệt của bãi thải, từ đó giúp phục hồi môi trường hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong phục hồi bãi thải khai thác than

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về phục hồi bãi thải, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua. Các yếu tố như điều kiện khí hậu, chất lượng đất và sự cạnh tranh giữa các loài thực vật đều ảnh hưởng đến quá trình phục hồi. Đặc biệt, việc lựa chọn loài thực vật phù hợp là rất quan trọng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến phục hồi bãi thải

Điều kiện khí hậu, độ pH của đất và sự hiện diện của các chất độc hại là những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của thực vật trên bãi thải. Việc nghiên cứu và đánh giá các yếu tố này là cần thiết để đưa ra giải pháp phục hồi hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc lựa chọn loài thực vật

Không phải tất cả các loài thực vật đều có khả năng sinh trưởng tốt trên bãi thải. Việc lựa chọn loài thực vật phù hợp với điều kiện đất và khí hậu là một thách thức lớn. Nghiên cứu cần tập trung vào các loài có khả năng chịu đựng tốt và có tác dụng cải tạo đất.

III. Phương pháp nghiên cứu phục hồi bãi thải bằng thực vật

Để phục hồi bãi thải, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc trồng thử nghiệm các loài thực vật khác nhau, phân tích chất lượng đất và đánh giá khả năng sinh trưởng của thực vật. Công ty Núi Béo đã thực hiện nhiều thí nghiệm để tìm ra phương pháp hiệu quả nhất.

3.1. Phương pháp trồng thử nghiệm

Trồng thử nghiệm là một trong những phương pháp chính để đánh giá khả năng sinh trưởng của các loài thực vật trên bãi thải. Các thí nghiệm này giúp xác định loài nào có khả năng phát triển tốt nhất trong điều kiện khắc nghiệt.

3.2. Phân tích chất lượng đất

Phân tích chất lượng đất là bước quan trọng trong nghiên cứu phục hồi bãi thải. Việc xác định các chỉ tiêu như độ pH, hàm lượng dinh dưỡng và mức độ ô nhiễm giúp đưa ra các biện pháp cải tạo đất hiệu quả.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại Công ty Núi Béo

Kết quả nghiên cứu cho thấy một số loài thực vật như keo lá tràm và thông nhựa có khả năng sinh trưởng tốt trên bãi thải. Những loài này không chỉ giúp cải tạo đất mà còn tạo ra môi trường sống cho các loài sinh vật khác. Công ty Núi Béo đã áp dụng những kết quả này vào thực tiễn để phục hồi bãi thải.

4.1. Kết quả trồng thử nghiệm

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy tỷ lệ sống sót của các loài thực vật trồng trên bãi thải đạt mức cao. Điều này chứng tỏ rằng các loài thực vật được chọn có khả năng thích ứng tốt với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong phục hồi môi trường

Công ty Núi Béo đã áp dụng các phương pháp phục hồi bãi thải vào thực tiễn, giúp cải thiện chất lượng môi trường và bảo vệ hệ sinh thái. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn góp phần vào phát triển bền vững.

V. Kết luận và định hướng tương lai cho nghiên cứu phục hồi bãi thải

Nghiên cứu phục hồi bãi thải khai thác than là một lĩnh vực quan trọng cần được tiếp tục phát triển. Các kết quả đạt được từ nghiên cứu tại Công ty Núi Béo là cơ sở để mở rộng các nghiên cứu khác trong tương lai. Việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến phương pháp phục hồi sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác bảo vệ môi trường.

5.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng để tìm ra các loài thực vật mới có khả năng phục hồi bãi thải hiệu quả hơn. Đồng thời, việc áp dụng công nghệ sinh học trong phục hồi môi trường cũng cần được xem xét.

5.2. Tầm quan trọng của bảo vệ môi trường

Bảo vệ môi trường là trách nhiệm của tất cả mọi người. Nghiên cứu phục hồi bãi thải không chỉ giúp cải thiện chất lượng môi trường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của đất nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than là ngành công nghiệp nền tảng phục vụ an ninh năng lượng quốc gia, tuy nhiên hoạt động khai thác than lộ thiên quy mô lớn đã và đang tạo ra những thách thức môi trường nghiêm trọng. Trong giai đoạn từ năm 2003 đến năm 2009, tổng sản lượng than nguyên khai khai thác lộ thiên tại Việt Nam đạt 154,75 triệu tấn, chiếm khoảng 63% tổng sản lượng toàn ngành than, đồng thời phát thải khối lượng đất đá bóc lên tới 1.198,1 triệu mét khối với hệ số bóc đất đá bình quân đạt 8,0 mét khối trên một tấn than. Hoạt động này làm biến dạng hoàn toàn địa hình tự nhiên, hủy hoại thảm thực vật bản địa và hình thành các bãi thải khổng lồ có chiều cao tầng từ 50 mét đến hơn 100 mét với góc dốc sườn tầng vượt quá 32 độ.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là tình trạng xói mòn, sạt lở đất đá nghiêm trọng trong mùa mưa bão tại các bãi thải vùng than Quảng Ninh, làm bồi lắng hệ thống thủy văn suối Hà Tu, đe dọa trực tiếp đến hồ Khe Cá và môi trường sinh thái vịnh Hạ Long. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát, đánh giá đặc tính địa chất, cơ lý hóa của đất đá bãi thải; đồng thời tuyển chọn, thử nghiệm các loài thực vật có khả năng thích nghi cao nhằm phủ xanh, cải tạo nền đất và kiểm soát xói lở.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện thí điểm tại bãi thải Chính Bắc thuộc Công ty Cổ phần Than Núi Béo - Vinacomin trên địa bàn thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh trong khung thời gian từ tháng 11 năm 2011 đến tháng 12 năm 2012. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi đưa ra giải pháp sinh học giúp nâng độ che phủ thực vật từ mức dưới 10% lên hơn 75%, giảm thiểu trên 80% nguy cơ sạt trượt sườn dốc và tạo tiền đề phục hồi hệ sinh thái bền vững cho các vùng mỏ khai khoáng sau đóng cửa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phục hồi sinh thái và công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật. Lý thuyết phục hồi sinh thái khẳng định việc can thiệp sinh học đúng quy luật diễn thế tự nhiên sẽ rút ngắn thời gian phục hồi rừng từ 20 đến 30 năm xuống còn 3 đến 5 năm thông qua việc sử dụng các loài cây tiên phong có khả năng cố định đạm và cải tạo đất.

Mô hình nghiên cứu ứng dụng cấu trúc thảm thực vật đa tầng kết hợp giữa cây thân thảo ngầm chống xói mòn và cây thân gỗ che bóng cố định dinh dưỡng. Khung lý thuyết bao gồm bốn khái niệm then chốt:

• Đất đá thải mỏ lộ thiên: Hỗn hợp vật liệu bở rời gồm cát kết, cuội kết, bột kết và sét than sau nổ mìn, nghèo dinh dưỡng hữu cơ và có độ rỗng lớn.
• Độ ổn định góc dốc sườn tầng: Góc nghiêng giới hạn của taluy bãi thải, quyết định khả năng chịu lực cắt và nguy cơ trượt lở dưới tác động của trọng lực và nước mưa.
• Che phủ sinh học bề mặt: Tỷ lệ diện tích đất được bảo vệ bởi tán lá và thảm mục thực vật nhằm triệt tiêu động năng hạt mưa rơi trực tiếp.
• Cố định đạm sinh học: Cơ chế cộng sinh giữa vi khuẩn nốt sần Rhizobium tại rễ cây họ đậu giúp chuyển hóa nitơ tự do trong khí quyển thành dạng đạm dễ tiêu cho đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu thứ cấp về điều kiện khí tượng giai đoạn 2005 đến 2011 với nhiệt độ trung bình năm 23,8 độ C và lượng mưa trung bình năm đạt khoảng 2.000 mm từ Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Quảng Ninh, kết hợp tài liệu địa chất khai trường từ Công ty Cổ phần Than Núi Béo.

Cỡ mẫu nghiên cứu thực địa bao gồm 10 vị trí lấy mẫu đất đại diện trên các bãi thải chính vùng Quảng Ninh tại ba khu vực: Cẩm Phả, Hòn Gai và Uông Bí. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 4046:1985 và TCVN 5297:1995, thực hiện gạt bỏ lớp bề mặt và lấy mẫu đất ở độ sâu từ 10 đến 20 cm để đảm bảo tính khách quan của tầng đất nền sinh trưởng.

Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm được chuẩn hóa đồng bộ: thành phần cơ giới đất xác định bằng phương pháp ống hút Robinson; độ chua đo bằng pH-meter trong huyền phù dung dịch KCl 1M theo tỷ lệ đất trên dung dịch là 1:2,5; hàm lượng mùn tổng số xác định bằng phương pháp Tiurin; hàm lượng đạm dễ tiêu phân tích bằng phương pháp Kjeldahl; lân dễ tiêu theo phương pháp Oniani; kali dễ tiêu xác định qua dịch chiết amon axetat 1M bằng quang kế ngọn lửa Matlova; hàm lượng kim loại nặng gồm Chì, Cadimi, Asen, Kẽm, Đồng được định lượng chính xác trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Việc lựa chọn tổ hợp phương pháp này nhằm định lượng chính xác các rào cản hóa lý của đất thải phục vụ đối chiếu trực tiếp với quy chuẩn môi trường.

Thử nghiệm đồng ruộng được bố trí trên diện tích 1,5 ha tại bãi thải Chính Bắc, chia thành 12 khối thực nghiệm với kích thước 6 mét x 6 mét mỗi khối. Mật độ cây gỗ trồng là 2.500 cây trên một hecta với khoảng cách 2 mét x 2 mét, mật độ trồng cỏ là 6.600 khóm trên một hecta với cự ly 1,2 mét x 1,2 mét. Nghiên cứu kiểm chứng 4 công thức bổ sung giá thể kết hợp bón lót từ 100 đến 200 gam NPK trên một hố: công thức 1 sử dụng 0,06% tro nhiệt điện; công thức 2 sử dụng vật liệu mịn sau sàng than; công thức 3 sử dụng 10% đất màu tầng 20 cm; công thức 4 sử dụng 0,03% tro rơm rạ. Timeline theo dõi sinh trưởng thực nghiệm kéo dài liên tục 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích địa chất và cơ lý cho thấy đất đá bãi thải Chính Bắc mang cấu trúc địa tầng phân dị mạnh, bao gồm cuội sạn kết chiếm 35,4%, cát kết chiếm 30,8%, bột kết chiếm 20,0% và sét kết chiếm 11,5%. Các chỉ tiêu cơ lý ghi nhận độ rỗng đất đá thải đạt mức 21%, trọng lượng thể tích khô là 2,05 tấn trên một mét khối, trọng lượng thể tích bão hòa nước đạt 2,26 tấn trên một mét khối, lực dính kết nội tại rất thấp ở mức 2,0 tấn trên một mét vuông và góc ma sát trong là 30 độ. Độ dốc sườn tầng dao động từ 30 đến 35 độ khiến nền bãi thải tơi xốp, khả năng giữ nước kém và dễ bị sạt lở khi có mưa lớn.

Thứ hai, kết quả quan trắc chất lượng hóa học đất tại bãi thải Chính Bắc ghi nhận độ chua pH KCl là 4,98 thuộc nhóm đất chua vừa; tổng hàm lượng mùn đạt 4,23%; hàm lượng lân dễ tiêu P2O5 đạt 4,85 mg trên 100 gam đất; hàm lượng kali dễ tiêu K2O đạt 5,76 mg trên 100 gam đất, thuộc nhóm đất nghèo kali. Phân tích kim loại nặng cho kết quả rất khả quan: hàm lượng Chì đạt 34,5 mg/kg, Kẽm đạt 97 mg/kg, Asen đạt 3,81 mg/kg và Cadimi đạt 0,28 mg/kg. Toàn bộ các chỉ tiêu kim loại nặng này đều thấp hơn từ 2 đến 7 lần so với ngưỡng giới hạn tối đa cho phép của Quy chuẩn Việt Nam QCVN 03:2008/BTNMT đối với đất sử dụng cho mục đích lâm nghiệp (quy định giới hạn Chì là 100 mg/kg, Kẽm là 200 mg/kg, Asen là 12 mg/kg và Cadimi là 2 mg/kg).

Thứ ba, thử nghiệm sinh học cho thấy sự phân hóa rõ rệt về khả năng thích ứng của 7 loài cây trồng. Cỏ Vetiver, cây Chít và cây Le đạt tỷ lệ sống sót từ 85% đến 92% trên các sườn dốc ngặt nghèo nhờ đặc tính bám rễ sâu. Đối với cây thân gỗ, Keo tai tượng và Keo lá tràm thích nghi tốt nhất với tỷ lệ sống đạt trên 80% sau 12 tháng. Công thức 3 bổ sung 10% đất màu và công thức 1 bổ sung 0,06% tro nhiệt điện giúp tăng tỷ lệ sống của cây trồng thêm từ 15% đến 22% so với mô hình đối chứng không bổ sung giá thể.

Thảo luận kết quả

Khả năng sinh trưởng vượt trội của cỏ Vetiver trên sườn bãi thải được giải thích bởi hệ rễ cọc dạng chùm ăn sâu từ 3 đến 4 mét thẳng đứng vào lòng đất đá, kết hợp biên độ chịu nhiệt rộng từ âm 22 độ C đến 55 độ C và dải pH dung nạp từ 3,3 đến 12,5. Trong khi đó, các loài cây họ đậu như Keo lá tràm và Keo tai tượng sinh trưởng mạnh nhờ các nốt sần rễ cố định đạm, giải quyết triệt để sự thiếu hụt dinh dưỡng trên nền đất cát kết nghèo mùn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, phát hiện này tương đồng với thành công tại mỏ than Hunter Valley của Australia trong việc dùng phụ phẩm cải tạo đất mặt, đồng thời phù hợp với các thử nghiệm trồng tre Le chống xói mòn của các nhà khoa học trong nước tại mỏ than Vàng Danh và Hà Tu.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hệ thống biểu đồ cột biểu diễn tỷ lệ sống sót của từng loài cây theo 4 công thức giá thể qua các mốc thời gian 3, 6, 9 và 12 tháng, kết hợp với bảng đối chiếu ma trận cơ lý hóa giữa các bãi thải nhằm làm nổi bật ưu thế vượt trội của giải pháp bổ sung phụ phẩm khoáng hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

• Tái thiết kế hình học và san gạt hạ góc dốc bãi thải: Các đơn vị khai thác thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam cần tổ chức thi công cắt tầng, hạ góc dốc sườn tầng bãi thải từ mức 30 - 35 độ hiện nay xuống dưới 25 độ, tạo bậc thềm phân tầng rộng từ 3 đến 5 mét trước khi bước vào mùa mưa bão hằng năm (giai đoạn từ tháng 2 đến tháng 4).
• Ứng dụng mô hình liên kết thảm thực vật đa tầng: Ban Quản lý Môi trường mỏ Than Núi Béo cần tiến hành trồng đồng loạt cỏ Vetiver, cây Le và cây Chít theo đường đồng mức tại chân và sườn bãi thải với mật độ 6.600 khóm trên một hecta; đồng thời trồng xen kẽ Keo tai tượng, Keo lá tràm, Xoan và Ba bét Nam Bộ trên mặt bằng đỉnh bãi thải với mật độ 2.500 cây trên một hecta, hướng tới mục tiêu phủ xanh 100% diện tích bãi thải ngừng hoạt động trong thời gian 24 tháng.
• Tận dụng phụ phẩm tro nhiệt điện và đất màu bóc tầng: Doanh nghiệp khai thác cần tận dụng nguồn tro xỉ nhiệt điện với tỷ lệ phối trộn 0,06% hoặc lưu giữ đất màu tầng phủ đệ tứ với tỷ lệ 10% kết hợp bón lót từ 100 đến 200 gam NPK trên mỗi hố trồng, giúp tăng khả năng giữ ẩm của đất thêm 15% đến 20% và tiết kiệm 30% chi phí mua đất mặt từ bên ngoài.
• Thiết lập hệ thống quan trắc sinh thái định kỳ: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh phối hợp cùng các đơn vị mỏ triển khai trạm quan trắc tự động về xói lở đất đá và kiểm tra chất lượng nguồn nước suối Hà Tu với tần suất 6 tháng một lần, nhằm giám sát chặt chẽ lưu lượng bùn thải và đảm bảo an toàn môi trường sinh thái cho vịnh Hạ Long.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư môi trường và cán bộ kỹ thuật khai thác mỏ: Tiếp cận trực tiếp quy trình cải tạo nền đất đá bãi thải, thông số cơ lý hóa chi tiết và kỹ thuật thiết kế hàng rào sinh học chống sạt lở tại các khai trường than lộ thiên.
• Cơ quan quản lý Nhà nước và nhà hoạch định chính sách tài nguyên môi trường: Sử dụng các số liệu thực chứng và quy chuẩn kiểm soát kim loại nặng làm căn cứ thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường, phê duyệt đề án đóng cửa mỏ và nghiệm thu công tác hoàn thổ.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Lâm nghiệp: Tham khảo phương pháp luận chuẩn xác về sinh thái thực nghiệm, quy trình lấy mẫu đất theo tiêu chuẩn quốc gia và kỹ thuật phân tích các chỉ tiêu dinh dưỡng, kim loại nặng bằng AAS, Kjeldahl, Tiurin.
• Doanh nghiệp tư vấn cảnh quan và công nghệ phục hồi sinh thái: Ứng dụng công thức phối trộn giá thể từ tro nhiệt điện, tro rơm rạ và danh mục thực vật bản địa để triển khai các dự án gia cố mái dốc taluy công trình giao thông, thủy điện và khu công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao đất đá bãi thải than Chính Bắc lại có nguy cơ xói lở rất cao vào mùa mưa? Đất đá bãi thải tại đây chứa đến 66,2% là cuội sạn kết và cát kết bở rời, độ rỗng n đạt 21% nhưng lực dính kết nội tại chỉ đạt 2,0 tấn trên một mét vuông. Kết hợp với góc dốc sườn tầng lớn từ 30 đến 35 độ và lượng mưa năm tập trung khoảng 2.000 mm, dòng chảy mặt tạo xói mòn rãnh sâu cuốn trôi đất đá xuống hạ lưu.

Loài thực vật nào được đánh giá mang lại hiệu quả chống xói mòn sườn dốc tốt nhất? Cỏ Vetiver là loài thực vật ưu việt nhất nhờ bộ rễ chùm cắm sâu từ 3 đến 4 mét thẳng đứng trong lòng đất đá sau 2 năm sinh trưởng. Cỏ có dải chịu pH từ 3,3 đến 12,5 và chịu được biến động nhiệt độ từ âm 22 độ C đến 55 độ C, giúp giảm thiểu hơn 80% nguy cơ rửa trôi sườn dốc.

Hàm lượng kim loại nặng trong đất đá bãi thải than Núi Béo có gây độc hại cho cây trồng không? Không. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng Chì đạt 34,5 mg/kg, Kẽm đạt 97 mg/kg, Asen đạt 3,81 mg/kg và Cadimi đạt 0,28 mg/kg, tất cả đều nằm trong ngưỡng an toàn cho phép của QCVN 03:2008/BTNMT đối với đất lâm nghiệp, tạo môi trường thuận lợi cho thảm thực vật phát triển.

Bổ sung tro xỉ nhiệt điện và đất màu vào hố trồng mang lại tác dụng sinh học gì? Việc phối trộn 0,06% tro nhiệt điện hoặc 10% đất màu kết hợp 100 gam NPK trên mỗi hố giúp bổ sung hạt mịn, lấp đầy khe rỗng của cát kết và tăng độ ẩm nền. Biện pháp này giúp tỷ lệ sống của cây thử nghiệm tăng từ 15% đến 22% so với trồng trực tiếp trên nền đất đá thô.

Thời điểm nào trong năm thích hợp nhất để triển khai trồng cây hoàn thổ bãi thải mỏ? Thời điểm tối ưu là đầu mùa mưa từ tháng 3 đến tháng 5 khi nhiệt độ trung bình khoảng 24 độ C đến 28 độ C và độ ẩm không khí đạt trên 80%. Điều kiện này giúp rễ cây con nhanh chóng bám rễ sâu vào đất đá trước khi các đợt mưa bão cường độ lớn xuất hiện vào tháng 7 và tháng 8.

Kết luận

• Đánh giá toàn diện bản chất địa tầng bãi thải Chính Bắc với tỷ lệ cuội cát kết chiếm 66,2%, độ rỗng 21%, góc dốc sườn 30 - 35 độ và xác định hàm lượng kim loại nặng hoàn toàn đạt chuẩn QCVN 03:2008/BTNMT.
• Tuyển chọn thành công 7 loài thực vật chống chịu cao bao gồm cỏ Vetiver, tre Le, cây Chít, Keo tai tượng, Keo lá tràm, Xoan và Ba bét Nam Bộ phục vụ phục hồi bãi thải mỏ.
• Chứng minh hiệu quả kỹ thuật của công thức bổ sung 10% đất màu và 0,06% tro nhiệt điện kết hợp bón lót NPK giúp nâng tỷ lệ sống của thảm thực vật lên trên 80% đến 92%.
• Đề xuất giải pháp sinh học đa tầng kết hợp kỹ thuật cắt tầng hạ dốc giúp kiểm soát xói mòn, bảo vệ chất lượng nước suối Hà Tu và hồ Khe Cá.
• Cung cấp mô hình hoàn thổ khoa học có tính ứng dụng cao cho toàn bộ vùng khai thác than Đông Bắc trong giai đoạn từ 3 đến 5 năm tới.

Đóng góp chính của luận văn là đã chuẩn hóa cơ sở khoa học và giải pháp thực nghiệm trồng cây phủ xanh bãi thải mỏ lộ thiên từ các loài cây bản địa kết hợp tái sử dụng phụ phẩm công nghiệp. Lộ trình tiếp theo cần mở rộng diện tích phủ xanh lên quy mô 50 đến 100 hecta tại các bãi thải kết thúc đổ thải. Các doanh nghiệp khai thác khoáng sản cần chủ động ứng dụng quy trình công nghệ sinh học này vào kế hoạch đóng cửa mỏ để hướng tới mục tiêu phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Qua một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy các nước có mỏ khai thác khoáng sản, đặc biệt là khai thác than đã và đang rất quan tâm đến các vấn đề trồ ng loài cây gì, trồng bằng biện pháp nào, cũng như cải tạo đất ở các bãi thải ra sao để nhanh chóng phủ xanh các bãi thải của những khu vực khai thác khoáng sản, khôi phục, hoàn trả lại hệ thực vật rừng ban đầu.

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Ở Mỹ, các nhà khoa học đã tiến hành trồng thí nghiệm 07 loài cây bụi và cây rừng bao gồm Cây tân bì, ô lưu Nga, Silver buffaloberry, Siberian peashrub, mận Mỹ, Ponderosa pine và loài bách xù tại bãi thải ở các mỏ than thuộc vùng đông bắc bang Wyoming nước Mỹ. Kết quả nghiên cứu cho thấy: + Tỷ lệ sống sót của cây trồng được tưới nước cao hơn cây không được tưới nước khoảng 14% trong mùa thu năm đầu tiên. Trong mùa đông thì cây được tưới nước có tỷ lệ sống sót cao hơn cây không được tưới nước tới 30%. Hai năm sau khi ngừng tưới nước các loài cây có quả hình nón chết một nửa, trong khi đó loài cây tân bì chỉ chết có 20%, cây ô lưu Nga, Silver buffaloberry, Siberian peashrub và mận Mỹ không chết cây nào.

+ Các loài cây rễ trần càng về sau càng phát triển kém, tỷ lệ cây chết c àng cao. Trong các loài cây đã trồng có cây tân bì là có tỷ lệ sống sót cao nhất và phát triển khá nhất. Các loài cây như Ponderosa pine, Silver buffaloberry, Siberian peashrub và mận Mỹ phát triển rất kém trong thời gian mới trồng, tỷ lệ cây chết cao nhất trong năm đầu tiên [ 42]. Những năm gần đây, công trình nghiên cứu phát triển công nghệ thực vật để xử lý đất bị ô nhiễm cũng đã được thiết lập ở Trung Quốc.

Chen và cộng sự đã thành công với các mô hình xử lý đất bị ô nhiễm As bằng loài dương xỉ siêu tích tụ Peteris vittata [45], [46]. Lê Thị Nguyên – K18CHKHMT 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nghiên cứu trồng cỏ trên đất bãi thải bằng biện pháp gieo hạt giống của 29 loài cỏ lâu năm và 2 loài cỏ hai năm trên bãi thải của mỏ than ở hạt Dickinson. Kết quả quan sát và nghiên cứu trong hai năm cho thấy một số lo ài khi trồng bằng biện pháp gieo hạt phát triển rất nhanh đó là: Cỏ 3 lá trắng, cam thảo rừng, cây bông tai lá dài. Một số loài phát triển chậm hơn nhưng vẫn ở mức đạt yêu cầu là cúc tây, bông tai xanh, cỏ 3 lá tím, sao đêm.

Các loài khác phát triển chậm h oặc không nảy mầm được do đó, không thể thích hợp với biện pháp gieo hạt trực tiếp. Đối với 29 giống cỏ được gieo hạt trực tiếp, quá trình nảy mầm diễn ra trong một thời gian khá dài, 23 giống cỏ có hạt nảy mầm trong vòng 120 ngày, 6 giống cỏ không nảy mầm khi gieo hạt trên đất bãi thải của mỏ than gồm các loại cỏ như: Penstemon angustifolius, Solidago rigida, Helianthus rinidus, Campanula rotundifolia, Suaeda fruticosa và Lygodesmia juncea. Một số giống cỏ khác cho kết quả nảy mầm đạt yêu cầu. Một số giống cỏ qua nghiên cứu cho thấy triển vọng khá thích nghi với biện pháp gieo hạt trực tiếp trên các bãi thải của mỏ than đó là: Petalostemum candidum, Ratibida columnifera, Glveyrrhiza lepidota, Liatris punctada và Astragalus ceramicus [43].

Mỏ than lộ thiên Hunter Valey – Ôxtrâylia: thực hiện sự kết hợp giữa công tác cải tạo hoàn thổ môi trường ngay từ bước lập dự án đầu tư. Với kế hoạch này đã đem đến thành công và bài học kinh nghiệm cho các dự án khai thác mỏ khác. Mỏ đã mua một vùng đất đệm có giá trị ở xung quanh mỏ và duy trì canh tác ở đó, thường là trong sự kết hợp với các chủ đất truyền thống. Điều này mang lại sự tín nhiệm từ phía cộng đồng dân cư đồng thời tích luỹ những kinh nghiệm về kỹ thuật canh tác của địa phương để sau này có thể áp dụng vào v iệc sử dụng các vùng đất hoàn thổ cho sản xuất.

Mỏ là người tiên phong trong ngành công nghiệp khai thác than với các kỹ thuật gieo mầm trực tiếp. Mỏ đã sử dụng kỹ thuật gieo mầm trực tiếp các loại cỏ, cây họ đậu nhiều loại cây bản địa vào vật liệu thải ra khi rửa than mà trước đây được xem như một sản phẩm thải. Vật liệu thải ra ở dạng thô có thể được sử dụng thay thế lớp đất mặt hỗ trợ sự nảy mầm của các mầm cây [37]. Lê Thị Nguyên – K18CHKHMT 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta có một số công trình nghiên cứu về côn g tác cải tạo, phục hồi bãi thải khai thác than và khoáng sản như các công trình nghiên cứu và một số bài báo đã đăng tải. Theo kết quả nghiên cứu của TS. Trần Minh Đản về thí nghiệm gây trồng thảm thực vật trên bãi thải bờ mỏ lộ thiên đã ngừng hoạt động, như sau: - Mùa xuân 1973 đã có thí nghiệm trồng dảnh Lecon trên sườn dốc bãi thải của Mỏ Vàng danh, Hà tu, sau 6 tháng cây trồng đã xanh tốt và bắt đầu phát triển. - Năm 1974 tiến hành thí nghiệm gieo trồng Le trên bãi thải đã ngừng hoạt động của mỏ than Hà tu, sau 2- 3 tháng hạt Le đã nảy mầm, một năm sau cây Le cao 20 -30 cm, phát triển tương đối tốt.

Từ đó tác giả đưa ra kết luận sau: - Phục hồi thảm thực vật trên các bãi thải mỏ lộ thiên là biện pháp cấp thiết, hiệu quả và triệt để nhất để bảo vệ môi t rường trong khu vực. - Khai thác than ở vùng mỏ Hòn gai, Cẩm phả đã và sẽ chiếm phá những diện tích đất đai rộng lớn của nông lâm nghiệp, phá hoại các đường giao thông, công trình xây dựng lân cận, phá hoại môi trường sống khu vực lân cận vùng mỏ. Những tác hại này ngày càng phát triển đến mức độ trầm trọng. Vấn đề phục hồi thảm thực vật trên các bãi thải đất đá mỏ ngày nay càng trở lên cấp thiết [ 13].

Lê Thị Nguyên – K18CHKHMT 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Qua kết quả nghiên cứu trồng một số loài cây gỗ: Keo lá tràm, keo tai tượng, thông mã vĩ, thông đuôi ngựa và Phi lao trên bãi thải của Mỏ than Cao sơn. Những loài cây trên có khả năng sống và sinh trưởng được trong giai đoạn tuổi nhỏ trên bãi thải khai thác than. Tuy nhiên đối tượng nghiên cứu đặt ra ở đây là các bãi thải mỏ đã ổn định, trên đó các loài lau , le, chít. đã mọc dày, độ che phủ đạt 60 -70 %, trên các bãi thải như vậy mức độ nguy hiểm đã không còn lớn nữa.

Mặt khác các loài cây đưa vào trồng thí nghiệm mới chỉ giới hạn ở một số loài cây gỗ, chưa có các loài cây tạo thảm thực vật dưới bề mặt đất. Thời gian theo dõi sinh trưởng, phát triển của cây trồng thí nghiệm còn ngắn (12 tháng) nên mới chỉ đưa ra được kết luận ở giai đoạn tuổi nhỏ, chưa đủ cơ sở để đánh giá loài cây nào có khả năng tạo rừng khép tán mà chỉ đến khi rừng khép tán thì cây mới p hát huy được tác dụng phòng hộ của nó [ 6]. Theo kết quả nghiên cứu tại các mỏ than Vùng Đông Bắc, tác giả nêu ra kết luận như sau: - Thực vật tự nhiên trên bãi thải được phục hồi theo 3 giai đoạn: cây cỏ, cây bụi và cây gỗ nhỏ. Tuy nhiên sự phục hồi này yêu cầu thời gian dài từ 20 -30 năm và cũng chỉ xuất hiện ở những bãi thải có điều kiện thuận lợi.

- Những loài cây sau đây có khả năng nhanh chóng phủ xanh bãi thải cấp 1 nhằm hạn chế sự xói mòn, rửa trôi và ngoài ra còn có tác dụng cải tạo đất. Cốt khí Tephrosia candida, Sắn dây dại Pueraria montana (Lour) Merr, Bìm bìm Impomaea mauritana Jacp. - Những loài cây gỗ có khả năng sống và sinh trưởng được trên bãi thải cấp 2 là: Thông Nhựa Pinus merkussi J, Thông Đuôi ngựa Pinus massoniana Lamb, Keo tai tượng Acasia mangium, Keo lá tràm Acasia auriculiformis, Phi lao Casuariana equisetifolia, Tràm lá dài Melaleuca leucadendra L. - Mô hình trồng các loài cây trên bãi thải cấp 2, sau 2 – 3 năm tuổi sinh trưởng phát triển trung bình, tương đối đồng đều, khả năng phân hoá về đường kính và chiều cao chưa xảy ra mạnh mẽ [ 19].

Lê Thị Nguyên – K18CHKHMT 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Khái quát về một số loài thực vật cải tạo, phục hồi môi trường 1. Le Oxytenanthera albociliata Munro. Đặc điểm hình thái: Tre nhỏ, có thân mọc thành búi dày đặc, thân không đứng thằng , lóng dài 15- 35cm, to 1,5-2,5cm.

Lá hình dải - ngọn giáo, tròn ở gốc thành một cuống ngắn, thon hẹp thành mũi dạng lông tơ, dài 15-20cm, rộng 2-2,5cm. Cụm hoa thành chuỳ hẹp, rộng, trải ra, có nhánh mảnh, với lông nhỏ xếp 10-20 cái thành ngũ. Quả (dĩnh) thóc kéo dài, gần hình trụ, nhọn mũi, có mỏ, nhẵn. Phân bố và sinh thái: Việt Nam, Campuchia, Lào, Thái Lan và Ấn Độ.

Ở nước ta, Le mọc rất nhiều ở những vùng đất trống bỏ hoang, phát triển và sinh trưởng tốt, chịu được đất nghèo xấu, tỷ lệ đá lẫn nhiều. L e có công dụng: chống xói mòn, mọc và lan nhanh [ 16], [40]. Chít (đót) Thysanolaena maxima Roxb Đặc điểm hình thái: Cây 1,5-3,5m cao, thẳng, gỗ. Lá lưỡi phẳng, 30 -60cm chiều dài, 2,5-5cm chiều rộng, rộng rãi hình mũi mác, không có lông ở cả hai mặt; lá bó mịn; ngắn cứng nhắc, khoảng 2mm chiều dài.

Bông dài 30 -60cm, các chi nhánh chủ yếu là thẳng, thẳng đứng, hay phụ dựng lên. Bông con hình mũi mác, dài 1,2 -1,8mm, mày 0,5-0,8mm dài, hình trứng, bán cấp tiểu tròn, nhẵn, màu mỡ bên lề với các sợi lông lên đến 0,5mm dài. Phân bố và sinh thái: Pakistan (Punjab & Kashmir); khắp Ấn Độ về phía đông tới khu vực Đông Nam Á. Chít mọc rất khỏe, sinh trưởng và phát triển nhanh.

Có khả nảng tái sinh rất mạnh, chịu được khô hạn [ 16], [40]. Thông hai lá (Thông nhựa) Pinus merkusii Jung.et De Vriese. 1845 Đặc điểm hình thái: Lê Thị Nguyên – K18CHKHMT 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cây gỗ lớn cao 30 -35m, đường kính 60-80cm, chiều cao dưới cành 15 -20 (- 25)m, đường kính thân 40-50 (-70)cm chiều cao dưới cành. Vỏ dày mầu nâu xám phía gốc, màu đỏ nhạt ở phía trên.