Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Đánh giá đặc điểm môi trường đất và đề xuất biện pháp phục hồi sinh học ở khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường đất do hoạt động khai thác thiếc tại mỏ thiếc xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, Thái nguyên và đề xuất biện pháp phục hồi sinh học nhằm cải tạo đất bị thoái hóa và ô nhiễm sau khai thác khoáng sản nhằm tăng diện tích đất có chất lượng đảm bảo cho sản xuất nông lâm nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Đánh giá đặc điểm môi trường đất và đề xuất biện pháp phục hồi sinh học ở khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NÔNG VĂN LINH ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP PHỤC HỒI SINH HỌC Ở KHU VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TỈNH THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NÔNG VĂN LINH ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP PHỤC HỒI SINH HỌC Ở KHU VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: SINH THÁI HỌC Mã số: 60 42 01 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LƢƠNG THỊ THÚY VÂN THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015 Tác giả luận văn Nông Văn Linh XÁC NHẬN CỦA NGƢỜI HƢỚNG DẪN BAN CHỦ NHIỆM KHOA SINH - KTNN TS. LƢƠNG THỊ THÚY VÂN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thác sĩ chuyên ngành Sinh thái học, khoa Sinh – KTNN Trƣờng Đại học sƣ phạm – Đại học Thái Nguyên, tôi đã nhận đƣợc sự ủng hộ giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Trƣớc tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Lƣơng Thị Thúy Vân – cô là ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành đƣợc luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo khoa Sinh – KTNN trƣờng Đại học sƣ phạm, phòng sau đại học – Trƣờng Đại học sƣ phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi mọi điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Tôi cũng xin chân trọng cảm ơn ban quản lý phòng thí nghiệm của khoa Tài nguyên môi trƣờng,trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm để tôi có thể hoàn thành trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015 Tác giả luận văn Nông Văn Linh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ ..................................................................................................... i Lời cam đoan ..................................................................................................... ii Lời cảm ơn ....................................................................................................... iii Mục lục ............................................................................................................. iv Danh mục các bảng ........................................................................................... v Danh mục các hình ........................................................................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 4 1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới ....................................................................................................... 4 1.2. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam ........................................................................................................... 7 1.3. Cải tạo và phục hồi môi trƣờng đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản bằng thực vật ............................................................................................................ 10 1.3.1. Khái niệm chung ................................................................................... 10 1.3.2. Các biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất ............ 12 1.3.3. Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất ..... 15 1.3.4. Phƣơng pháp xử lý thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm ................... 15 1.3.5. Thành tựu nghiên cứu về thực vật xử lý chất ô nhiễm ......................... 16 1.3.6. Sử dụng thực vật để phục hồi và xử lý đất ô nhiễm ở những khu vực khai thác mỏ .................................................................................................... 18 1.3.7. Ƣu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất ...... 22 Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................................................................... 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2.1. Đối tƣợng, địa điểm nghiên cứu............................................................... 24 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 24 2.1.2. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ............................................................. 24 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 24 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 24 2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu đất ...................................................................... 24 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích đất trong phòng thí nghiệm ............................. 26 2.3.3. Xác định hệ số rủi ro (HSRR) và đƣờng truyền ô nhiễm ..................... 30 2.3.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm trong chậu............................................ 30 2.3.5. Phƣơng pháp phân loại thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng ... 31 2.3.6. Phƣơng pháp đánh giá khả năng chống chịu của cây ........................... 31 Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 32 3.1. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ................................................... 32 3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 32 3.1.2. Địa hình ................................................................................................ 32 3.1.3. Khí hậu, thủy văn .................................................................................. 32 3.1.4. Tài nguyên đất ....................................................................................... 33 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu ....................................... 33 4.1. Hiện trạng môi trƣờng đất ô nhiễm do quá trình khai thác thiếc tại xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, Thái Nguyên ............................................................. 37 4.4. Đặc điểm môi trƣờng đất ô nhiễm tại khu vực khai thác thiếc xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, Thái Nguyên ............................................................. 40 4.4.1. Tính chất lý học ..................................................................................... 41 4.4.2. Tính chất hóa học .................................................................................. 43 4.4.3. Đặc điểm sinh học ................................................................................. 45 4.4.4. Hàm lƣợng As và hệ số rủi ro của đất ô nhiễm..................................... 47 4.4.5. Khả năng phát tán và dự báo sự phát triển ô nhiễm đất tại khu vực khai thác thiếc xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, Thái Nguyên .................................. 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
5.5. Nghiên cứu những loài cây trồng làm cảnh có khả năng tích tụ và chống chịu đất ô nhiễm do kim loại nặng .................................................................. 50 5.5.1. Đặc điểm chung của ba loài hoa Cúc .................................................... 51 5.5.2. Nghiên cứu khả năng chống chịu của ba giống hoa cúc khi trồng trên đất ô nhiễm ...................................................................................................... 53 5.6. Đề xuất biện pháp phục hồi sinh học cải tạo đất bị thoái hóa và ô nhiễm do khai thác khoáng sản .................................................................................. 56 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 58 1. Kết luận ....................................................................................................... 58 2. Đề nghị ........................................................................................................ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59 PHỤ LỤC ............................................................................................................ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon ......................................................................................................... 5 Bảng 1.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc ........................................................................................................... 6 Bảng 1.3. Tỷ lệ mẫu có hàm lƣợng As vƣợt QCVN 03:2008 ở một số mỏ nghiên cứu ......................................................................................................... 8 Bảng 1.4. Danh sách các mỏ và diện tích hoàn thổ sau khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên ............................................................................................... 21 Bảng 4.1. Vị trí và đặc điểm của các điểm lấy mẫu khu vực khai thác thiếc xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, Thái Nguyên ....................................................... 38 Bảng 4.2. Độ ẩm tƣơng đối và độ ẩm tuyệt đối của đất ô nhiễm.................... 42 Bảng 4.3. Tỷ trọng và thành phần cơ giới đất ô nhiễm................................... 43 Bảng 4.4. Thành phần hóa học đất ô nhiễm .................................................... 44 Bảng 4.5. Các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng bắt gặp ở khu vực đất ô nhiễm do khai thác thiếc tại xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên ............................................................................................................ 46 Bảng 4.6. Hàm lƣợng As tổng số và hệ số rủi ro của đất ô nhiễm ................. 48 Bảng 4.7. Tỷ lệ sống sót (%) của các giống cúc trồng trên đất ô nhiễm ........ 54 Bảng 4.8. Sinh khối (gam/chậu) của các giống cúc trồng trên đất ô nhiễm ... 55 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Thu đất mẫu .................................................................................... 25 Hình 2.2. Chọn mẫu trung bình ...................................................................... 25 Hình 4.1. Sơ đồ công nghệ tuyển thiếc tại xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ ..... 37 Hình 4.2. Khu vực lấy mẫu số 1 ..................................................................... 39 Hình 4.3. Khu vực lấy mẫu số 2...................................................................... 39 Hình 4.4. Khu vực lấy mẫu số 3 ..................................................................... 39 Hình 4.5. Khu vực lấy mẫu số 4 ..................................................................... 39 Hình 4.6. Khu vực lấy mẫu số 5 ..................................................................... 39 Hình 4.7. Ráng sẹo gà dải .............................................................................. 47 Hình 4.8. Dáng chò chanh .............................................................................. 47 Hình 4.9. Cỏ Vetiver.. ..................................................................................... 47 Hình 5.0. Cỏ tháp bút trƣờn ............................................................................ 47 Hình 5.1: Sơ đồ nguồn phát sinh ô nhiễm và đƣờng truyền rủi ro ................ 49 Hình 5.2. Khả năng sinh trƣởng, phát triển của các giống hoa cúc sau 3 tuần thí nghiệm ....................................................................................................... 56 Hình 5.3. Khả năng sinh trƣởng, phát triển của các giống hoa cúc sau 6 tuần trồng thí nghiệm ............................................................................................. 56 vi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là một nƣớc đang phát triển và vẫn đang trên con đƣờng công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc. Trong những năm gần đây, nhờ thực hiện tốt các chủ trƣơng đƣờng lối, chính sách của Đảng và Nhà nƣớc, nền kinh tế nƣớc ta không ngừng phát triển, dẫn đến các nhu cầu về sử dụng tài nguyên thiên nhiên cũng ngày một tăng cao. Do đó, hoạt động khai thác khoáng sản cũng diễn ra ngày một nhiều hơn và quy mô hơn. Hoạt động khai thác khoáng sản đã và đang trực tiếp, gián tiếp tạo công ăn việc làm, mang lại thu nhập ổn định, phục vụ đời sống sinh hoạt của nhân dân địa phƣơng đồng thời đóng góp một lƣợng lớn cho ngân sách quốc gia. Bên cạnh những mặt tích cực đạt đƣợc, trong quá trình khai thác khoáng sản phục vụ cho lợi ích của mình con ngƣời đã làm thay đổi môi trƣờng xung quanh. Các hoạt động khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng, nhƣ: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nƣớc mỏ… đã làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái đƣợc hình thành từ hang chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trƣờng đất, hoạt động khai thác khoáng sản cũng là nguyên nhân chính làm cho các vấn đề môi trƣờng nói chung và môi trƣờng đất nói riêng ngày càng trở nên bức xúc ở nhiều địa phƣơng trong nƣớc. Trong những năm gần đây, ngƣời ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc và không khí. Nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này nhƣ một công nghệ mang tính chất thƣơng mại. Công nghệ thực vật không thể xem nhƣ một công nghệ xử lý tức thời và phổ biến ở mọi nơi mà nó chỉ có thể sử dụng ở những môi trƣờng đất và nƣớc ô nhiễm nhẹ, nơi mà thực vật có thể tồn tại đƣợc. Tuy nhiên, đây lại là giải pháp xử lý đất một cách thân thiện với môi trƣờng và bền vững. 1
Đối với môi trƣờng đất bị ô nhiễm, đặc biệt nguyên nhân ô nhiễm do kim loại nặng, việc sử dụng thực vật là một giải pháp hàng đầu phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam hiện nay. Cũng có thể coi đây là hƣớng đi bền vững và hiệu quả đối với việc bảo vệ môi trƣờng của các vùng đã, đang khai thác – chế biến khoáng sản. Mỏ thiếc tại xã Hà Thƣợng huyện Đại Từ, là một trong những đơn vị sản xuất kinh doanh hiệu quả đóng góp rất lớn vào nguồn ngân sách chung của tỉnh Thái Nguyên. Hoạt động của mỏ đã đem lại công ăn việc làm cho hàng trăm lao động của địa phƣơng, góp phần tạo ra thu nhập cho nhân dân. Song chúng ta cũng không thể phủ nhận những tác động tiêu cực do hoạt động khai thác khoáng sản của mỏ thiếc ảnh hƣởng đến môi trƣờng nói chung và môi trƣờng đất của địa phƣơng nói riêng. Tại địa phƣơng hiện nay, nhiều diện tích đất trồng trọt bị bỏ hoang, nguồn nƣớc bị ô nhiễm trầm trọng, gây ảnh hƣởng không nhỏ đến cuộc sống của nhân dân đặc biệt là những ngƣời dân nghèo sống gần khu vực mỏ khai thác. Mặt khác, vấn đề lựa chọn loài thực vật vừa phù hợp với khu vực đất ô nhiễm nhẹ vừa có giá trị về kinh tế cũng là thắc mắc còn để ngỏ của ngƣời dân nơi đây. Xuất phát từ những yêu cầu trên của địa phƣơng và nguyện vọng của bản thân cùng với sự nhất trí của khoa Sinh – KTNN, Trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Thái Nguyên, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu “Đánh giá đặc diểm môi trường đất và đề xuất biện pháp phục hồi sinh học ở khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu chung - Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác thiếc tại mỏ thiếc xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, Thái nguyên và đề xuất biện pháp phục hồi sinh học nhằm cải tạo đất bị thoái hóa và ô nhiễm sau khai thác 2
khoáng sản nhằm tăng diện tích đất có chất lƣợng đảm bảo cho sản xuất nông lâm nghiệp. - Xác định đƣợc đặc điểm môi trƣờng đất, đƣờng truyền rủi ro và loại cây trồng phù hợp cho mục đích cải tạo và phục hồi vùng đất bị ô nhiễm sau khai thác thiếc tại xã Hà Thƣợng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá đặc điểm ô nhiễm môi trƣờng đất sau khai thác thiếc tại mỏ thiếc xã Hà Thƣợng-huyện Đại Từ-tỉnh Thái Nguyên. - Xác định khả năng sinh trƣởng phát triển của loài hoa cúc trong môi trƣờng đất sau khai thác tại vùng nghiên cứu. - Góp phần làm tăng độ che phủ đất trên những vùng đất trống nghèo kiệt, những vùng đất bị ô nhiễm nhƣ các bãi đất trống, ruộng, rẫy bỏ hoang xung quanh khu vực mỏ đã khai thác khoáng sản. . 3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới Hoạt động khai thác khoáng sản đã phát triển mạnh từ những thập kỷ trƣớc ở nhiều quốc gia giàu tài nguyên nhƣ: Nga, Mỹ, Australia,Trung Quốc, Ấn Độ. Tác động môi trƣờng tiêu cực từ khai thác mỏ thƣờng xảy ra ngay trong chính bản thân quá trình khai thác và các hoạt động liên quan nhƣ dọn mặt bằng mỏ, vận chuyển và chế biến quặng. Suy thoái rừng và ô nhiễm nƣớc do khai thác khoáng sản không chỉ tác động tới hệ sinh thái mà còn tác động tới cuộc sống của ngƣời dân sống phụ thuộc vào nguồn tài nguyên này. Quá trình khai khoáng gây ô nhiễm và suy thoái môi trƣờng đất ở mức độ nghiêm trọng là một thực tế đáng báo động. Các dạng ô nhiễm môi trƣờng tại những mỏ đã và đang khai thác rất đa dạng nhƣ ô nhiễm đất, nƣớc mặt, nƣớc ngầm. Các tác nhân gây ô nhiễm là axit, kim loại nặng, cyanide, các loại khí độc v.v… Hiện tƣợng suy giảm chất lƣợng nƣớc mặt, nƣớc ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm kim loại nặng nhƣ Ni, Cr, Pb, As, Cu, Se, Hg, Cd… cần phải sớm có giải pháp xử lý. Nhiều kim loại nặng rất độc đối với con ngƣời và môi trƣờng cho dù ở nồng độ rất thấp. Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng đều gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nƣớc, không khí và cơ thể sinh vật. Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngừng hoạt động. Theo Lim H. S và cộng sự (2004), tại mỏ vàng – bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nƣớc nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số kim loại ở mức cao [20]. 4
Bảng 1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon Đơn vị: mg/ kg Đất bình Nguyên Bãi thải Đất vùng núi Đất trang trại thƣờng trên tố quặng thế giới As 3 584- 143 813 695 -3 082 7-626 6 Cd 2,2- 20 1,32 0,75 0,35 Cu 30-749 36- 89 13-673 30 Pb 125- 50 803 63- 428 23-290 35 Zn 580- 7 541 115 – 795 63-110 90 Hg 0,09- 1,01 0,19- 0,55 0,09-4,90 0,06 Nguồn: H.S. Lim và cộng sự, 2004 [20] Theo các tác giả thì bãi thải đuôi quặng ở đây là nguồn điểm gây ô nhiễm các kim loại cho đất ở những khu vực xung quanh. Hàm lƣợng các kim loại cao trong đất trang trại là do sự phát tán kim loại bởi gió, nƣớc từ các bãi quặng đuôi. Đa số cây trồng ở các khu đất bị nhiễm kim loại đã bị nhiễm As và Zn ở mức cao. Môi trƣờng đất tại các mỏ vàng mới khai thác thƣờng có độ kiềm cao (pH: 8 – 9), ngƣợc lại ở các mỏ vàng cũ, thƣờng có độ axit mạnh (pH: 2,5 - 3,5); dinh dƣỡng trong đất thấp và hàm lƣợng kim loại nặng rất cao. Chất thải ở đây thƣờng là nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng, cả phần trên mặt đất và phần dƣới mặt đất. Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lƣợng các kim loại nặng vƣợt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần [11]. 5
Bảng 1.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc Kim loại nặng Hàm lƣợng kim loại nặng tổng số (mg/kg) As 1 120 Cr 55 Cu 156 Mg 2 000 Pb 353 St 335 Zn 283 Nguồn: ANZ, 1992 [11] Shelmerdine P.A. và cs. [39] cho biết,ở nhiều vùng khai thác khoáng sản của Anh đất bị nhiễm kim loại nặng ở mức đáng lo ngại. Hàm lƣợng As trung bình trong đất là 10,4 mg/kg thì trong đất của mỏ chì Cumbria, mỏ đồng Devon và mỏ thiếc Cornwall có hàm lƣợng As tƣơng ứng là 127,7-366,8; 87,5-1246,8 và 280,7-2331,6 mg/kg. Hàm lƣợng này cao hơn mức bình thƣờng từ hàng chục đến hàng trăm lần. Các nhà khoa học của Viện nghiên cứu Địa lý và Tài nguyên thiên nhiên ở Viện Hàn lâm Khoa học Bắc Kinh, Trung Quốc [21] đã phát hiện đất ở nhiều khu vực có chứa As ở mức cao nhƣ ở vành đai vàng là 1342 mg/kg và ở vành đai thủy ngân là 509 mg/kg. Kết quả nghiên cứu của C.Chen (2006) cho thấy hàm lƣợng As ở vùng khai thác khoáng sản Dexing cao hơn giới hạn cho phép là 60 lần. Các hoạt động khai thác mỏ vàng đã làm cho đất và nƣớc ở bang Minas Gerais của Brazil bị ô nhiễm As. Các nghiên cứu cho thấy hàm lƣợng As trong đất lớn hơn 100 mg/kg cao hơn tiêu chuẩn cho phép của FAO/WHO về hàm lƣợng As trong đất nông nghiệp nhiều lần [26]. Tại Thái Lan, các chất thải có chứa As từ quá trình khai thác thiếc nhƣ arsenopyrite đã gây ô nhiễm 6
môi trƣờng đất và nƣớc ngầm. Hàm lƣợng As trong các giếng nƣớc khoan chịu ảnh hƣởng của quá trình khai thác thiếc có nơi lên tới 5000 µg/l. Năm 1996 tại quận Ron Phibun (tỉnh Nakorn Si Thamat) là nơi bị ảnh hƣởng bởi ô nhiễm As đã có khoảng hơn 1000 ngƣời đã mắc các chứng bệnh về da. Ô nhiễm As đang có nguy cơ đe dọa tới hàng chục nghìn cƣ dân nơi đây do nƣớc ngầm là nguồn cung cấp nƣớc chính cho sinh hoạt [42]. 1.2. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam Nằm ở khu vực Đông Nam châu Á, Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và đa dạng, nền công nghiệp mỏ Việt Nam đã đƣợc bắt đầu từ lâu và có những đóng góp đáng kể vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Tuy nhiên ngành công nghiệp mỏ của Việt Nam cũng có những tác động trực tiếp đến nguồn tài nguyên không thể tái tạo cũng nhƣ nhiều yếu tố môi trƣờng khác nhƣ đất, nƣớc, không khí, cảnh quan và hệ sinh thái đặc biệt là vấn đề chiếm dụng đất. Cho đến nay, chƣa có công trình nào có số liệu hoàn chỉnh về mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở các vùng mỏ. Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện đƣợc khoảng 5000 mỏ và điểm quặng, khoảng 1000 mỏ đã và đang đƣợc tổ chức khai thác. Riêng diện tích đất chiếm dụng đối với một số mỏ khoáng sản kim loại đã ngừng khai thác lên tới 3749 ha. Số lƣợng mỏ đang hoạt động trên cả nƣớc gần 900 mỏ, trong đó mỏ khoáng sản kim loại là 90 [4]. Ở một số khu vực đất đá thải còn có nguy cơ hình thành dòng axit mỏ, có khả năng hòa tan các kim loại nặng độc hại là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng đối với nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm của khu vực nhƣ mỏ pyrit Giáp Lai, mỏ quặng chì kẽm ở Chợ Điền, quặng đồng ở Lào Cai, quặng thiếc ở Sơn Dƣơng, Thái Nguyên…[6], [4], [3], [5]. Theo kết quả phân tích đất trồng ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dƣơng (Tuyên Quang ) có hàm lƣợng As là 642mg/kg trong khi quy chuẩn của Việt Nam cho đất dân sinh là 12mg/kg (QCVN 7
03:2008). Trƣớc đó, Nguyễn An Bình và cộng sự, 2000 [12] khi nghiên cứu sự phân bố của As trong khu vực mỏ thiếc đang khai thác tại Sơn Dƣơng đã xác định sự có mặt của As trong các mẫu đất, nƣớc, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng. Một số tác giả [15], khi nghuên cứu hàm lƣợng của kim loại nặng tại một số vùng khai thác mỏ đặc trƣng của Việt Nam cho rằng, hàm lƣợng As trong hầu hết các mẫu đất và trầm tích tại các mỏ nghiên cứu vƣợt QCVN 03:2008 nhiều lần (bảng 1.3). Bảng 1.3. Tỷ lệ mẫu có hàm lƣợng As vƣợt QCVN 03:2008 ở một số mỏ nghiên cứu Mỏ Titan Mỏ chì - kẽm Mỏ thiếc Mỏ atimon Mỏ đồng Loại mẫu Cây Châm Chợ Đồn Kỳ Lâm Mậu Duệ Sinh Quyền Trầm tích 100 100 100 100 - bùn đáy (%) Đất (%) 100 100 100 100 96 Nguồn Phạm Tích Xuân, 2011[15] Thái Nguyên là tỉnh nằm ở vùng trung du và miền núi Bắc Bộ, có diện tích tự nhiên 3 541 km2, dân số khoảng 1 085 000 ngƣời (chiếm 1,13% diện tích và 1,41% dân số so với cả nƣớc). Tỉnh Thái Nguyên có phía bắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía tây giáp với các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, phía đông giáp với tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang và phía nam tiếp giáp với thủ đô Hà Nội. Địa hình của tỉnh chủ yếu là đồi núi, có nhiều dãy núi cao chạy theo hƣớng Bắc - Nam, thấp dần về phía nam. Cấu trúc vùng núi đá phong hoá mạnh, tạo thành nhiều hang động và thung lũng nhỏ. Phía Nam và Tây 8
Nam có dãy Tam Đảo với đỉnh cao, vách núi dựng đứng kéo dài theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam. Thái Nguyên nằm trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam, thuộc vành đai sinh khoáng Thái Bình Dƣơng, Thái Nguyên có nguồn khoáng sản rất phong phú, hiện có khoảng 34 loại hình khoáng sản phân bố tập trung ở một số khu vực nhƣ thành phố Thái Nguyên, Trại Cau (Đồng Hỷ), Thần Sa (Võ Nhai), Hà Thƣợng (Đại Từ)… Khoáng sản ở Thái Nguyên có thể chia làm 4 loại, bao gồm: than mỡ (trên 15 triệu tấn), than đá (trên 90 triệu tấn); nhóm khoáng sản kim loại bao gồm 47 mỏ và điểm quặng; titan có 18 mỏ và điểm quặng; kim loại màu (thiếc, vonfram, chì, kẽm, vàng, đồng…) và các kim loại khác, bao gồm: pyrit, barit, photphorit… có tổng trữ lƣợng khoảng 60 000 tấn; nhóm khoáng sản để sản xuất vật liệu gồm đá xây dựng, đất sét, đá sỏi… với trữ lƣợng lớn khoảng 84,6 triệu tấn. Những mỏ kim loại có trữ lƣợng lớn là mỏ chì làng Hích, mỏ Sắt Trại Cau, mỏ Barit - Hợp Tiến I ở Đồng Hỷ; mỏ thiếc, pirit ở Hà Thƣợng, Đại Từ... [4]. Tuy nhiên, với công nghệ khai thác lạc hậu nên trong quá trình khai thác thƣờng tạo ra một khối lƣợng lớn đất đá thải, tạo ra những hố sâu và làm xáo trộn tầng đất mặt, đặc biệt ở các khu vực khai thác "thổ phỉ”. Một số diện tích đất xung quanh các bãi thải quặng có thể bị lấp do sạt lở, xói mòn hay các dòng axit rò rỉ từ các hồ chứa thải có thể gây thoái hóa và ô nhiễm lớp đất mặt, ảnh hƣởng đến canh tác nông nghiệp. Theo báo cáo của Công ty gang thép Thái Nguyên (2006), nƣớc thải sản xuất của mỏ sắt Trại Cau chủ yếu là nƣớc thải từ khâu tuyển rửa quặng. Hầu hết các chỉ tiêu kim loại đều vƣợt so với tiêu chuẩn nƣớc thải cho phép. Cụ thể: hàm lƣợng sắt (Fe) trong mẫu vƣợt tiêu chuẩn tới trên 670 lần, hàm lƣợng chì (Pb) vƣợt chuẩn cho phép xấp xỉ 6,7 lần, hàm lƣợng asen (As) vƣợt chuẩn từ 3,78 đến 3,88 lần, hàm lƣợng cadimi (Cd) vƣợt chuẩn trên 2 lần tiêu 9
chuẩn cho phép. Các chỉ tiêu về ô nhiễm hữu cơ nhƣ BOD5, COD cũng đều xấp xỉ mức cho phép [7]. Tại huyện Đại Từ, các hoạt động khai thác thủ công ở địa phƣơng đã tạo ra một lƣợng đáng kể các chất thải quặng đuôi và đá thải. Quặng thiếc trong các mạch trải rộng trong khu vực cũng chứa một lƣợng sunfua phong phú, chủ yếu là arsenopirit - nguồn gây ô nhiễm As vào hệ sinh thái địa phƣơng. Đá thải tạo axit đã đƣợc sử dụng để làm vật liệu đắp đƣờng và nền nhà của ngƣời dân địa phƣơng. Đây là nguồn gây rò rỉ As vào môi trƣờng đất, vào nguồn nƣớc ngầm tại địa phƣơng. Hàm lƣợng As trung bình trong đá thải đạt tới 5000 mg/kg, vƣợt QCVN 03:2008 đối với đất dân sinh là 417 lần [8]. Thái Nguyên hiện có 66 đơn vị hoạt động khai thác khoáng sản với tổng số mỏ đƣợc cấp phép khai thác lên tới 85, trong đó có 10 điểm khai thác than, 14 điểm khai thác quặng sắt, 9 điểm khai thác quặng chì kẽm, 24 điểm khai thác đá vôi, 3 điểm khai thác quặng titan… Tổng diện tích đất trong hoạt động khai thác chiếm hơn 3.191 ha, tƣơng ứng gần 1% diện tích đất tự nhiên của tỉnh. Trong quá trình khai thác, các đơn vị đã thải ra một khối lƣợng lớn đất đá thải, làm thu hẹp và suy giảm diện tích đất canh tác, điển hình là các bãi thải tại mỏ sắt Trại Cau (gần 2 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than Khánh Hòa (gần 3 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than Phấn Mễ (hơn 1 triệu m3 đất đá thải/năm) 1.3. Cải tạo và phục hồi môi trƣờng đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản bằng thực vật 1.3.1. Khái niệm chung Xử lý chất thải bằng thực vật “Phytoremediation” là biện pháp dựa trên việc sử dụng thực vật để xử lý chất thải ô nhiễm trong đất và trong nƣớc. Tƣ tƣởng sử dụng thực vật để loại bỏ kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác đƣợc đề cập đến lần đầu tiên năm 1983 nhƣng khái niệm này thực chất đã đƣợc sử dụng cách đó 300 năm (Henry J. R., 2000) [24]. 10
Nhiều nghiên cứu đã khẳng định, thực vật có khả năng hấp thụ và tích lũy các chất ô nhiễm đặc thù từ môi trƣờng, chúng có thể chuyển hóa nhiều chất độc thành không độc. Các chất độc đƣợc tích lũy trong các cơ quan khác nhau của thực vật, thông qua thu hoạch những chất ô nhiễm sẽ đƣợc thải loại khỏi môi trƣờng. Sử dụng thực vật để làm sạch kim loại, thuốc trừ sâu, các dung môi hữu cơ, dầu mỡ, thuốc súng, hydratcacbon có nhân thơm... tồn tại ở những vùng đất bị ô nhiễm kim loại nặng từ các nhà máy sản xuất công nghiệp, các khu vực khai thác khoáng sản và nơi có hoạt động phóng xạ. Theo các nhà khoa học nghiên cứu về môi trƣờng thì xử lý ô nhiễm đất, nƣớc bằng thực vật là một quá trình, trong đó dùng thực vật để thải loại, di chuyển, tinh lọc và trừ khử các chất ô nhiễm trong đất, trong trầm tích và trong nƣớc ngầm. Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm trong môi trƣờng đất là phƣơng pháp xử lý nguyên vị (in-situ) sử dụng các đặc tính tự nhiên của thực vật để xử lý đất ô nhiễm. Những thực vật này sau đó đƣợc thu hoạch và xử lý nhƣ những chất thải nguy hại (Raskin và cs, 1997; Robinson và cs, 2003) [32], [33]. Hiện nay, công nghệ xử lý môi trƣờng bằng thực vật đã đƣợc phát triển và áp dụng rộng rãi vào thực tế ở nhiều khu vực trên thế giới nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm kim loại trong môi trƣờng đất, nƣớc và không khí. Tuy nhiên, những loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng là các cơ thể sống nên các yếu tố sinh thái (nồng độ của kim loại nặng, dạng kim loại, độ pH, hàm lƣợng oxy hòa tan, thành phần dinh dƣỡng…) trong môi trƣờng là những yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình xử lý. Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) là công nghệ sử dụng những cây xanh cùng các hệ vi sinh vật liên quan đến chúng để xử lý ô nhiễm. Công nghệ này phù hợp nhất đối với ô nhiễm kim loại và đặc biệt thuận lợi đối với môi trƣờng đất ô nhiễm. 11