Giới thiệu

Động vật trong đất đóng vai trò quan trọng trong chức năng hệ sinh thái, đó là quá trình phân hủy chất hữu cơ, chu trình dưỡng chất (và tính sẵn có cho cây trồng) và hoạt động sinh học đào luyện [1]. Tác động của các tác nhân gây căng thẳng khác nhau, bao gồm chất ô nhiễm, đến hoạt động sinh học của đất đã được nghiên cứu rất nhiều [xem thêm 2-8]. Mặc dù đã được đề xuất sử dụng động vật đất như là biomonitors về phóng xạ [9], hiệu ứng của tia ion hóa lên hoạt động sinh học của đất tại các khu vực nhiễm phóng xạ từ lâu đã được nghiên cứu kém. Có thể, một phần lý do là do động vật đất (động vật lớn không xương sống, động vật nhỏ và vi sinh vật) thường được cho là ít nhạy cảm với phóng xạ so với sinh vật khác [10, 11]. Một số nghiên cứu đã báo cáo về hiệu ứng lên động vật đất tại các khu vực có mức độ tự nhiên cao, bao gồm các mỏ uranium [12-15]. Tuy nhiên, có thể hiệu ứng quan sát tại những khu vực như vậy là do độc tính hóa học chứ không phải liên quan đến liều lượng phóng xạ. Ba tháng sau vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, một giảm 30 lần về số lượng động vật tro rừng đã được ghi nhận tại một khu rừng thông cách nhà máy Chernobyl 3 km về phía nam (tổng liều phóng xạ hấp thụ ước tính là 29 Gy từ các kích thước đo nhiệt quang xạ đặt trong đất) so với một khu vực tương tự ở phía nam cách xa 70 km với ước tính liều thấp hơn khoảng 40 lần [16, 17]. Trong 2-2,5 năm sau tai nạn, khối lượng sinh vật đất ở hai khu vực này đã tương tự nhau [16], nhưng Geras’kin et al. [17] cho rằng sự đa dạng các loài đất vẫn bị ảnh hưởng (giảm khoảng 20%) sau 10 năm sau tai nạn Chernobyl.

Trong thời gian dài sau tai nạn, không có sự đồng thuận trong các hiệu ứng báo cáo của phóng xạ lên cơ thể động vật đất trong Khu vực Cấm Chernobyl (CEZ); CEZ là khu vực khoảng 4800 km2 xung quanh Nhà máy Điện hạt nhân Chernobyl (ChNPP) bị bỏ hoang sau tai nạn [18]. Mousseau et al. [19] đã triển khai túi chứa chất phân cây tại các khu vực (rừng hoặc đất nông trang bị bỏ hoang trở lại rừng) trong CEZ từ tháng 9 năm 2007 trong 9 tháng. Tỷ lệ độ phân hủy chất phân cây có giá trị từ 0,09 đến 240 μSv/giờ (như được xác định bằng dosimeter di động) và các tác giả báo cáo một sự giảm đáng kể (lên đến 40%) trong quá trình phân hủy cây cảnh với sự tăng lên của mức độ phóng xạ; việc tính đến các biến số gây nhầm lẫn tiềm năng, chẳng hạn như pH và độ ẩm đất, không thay đổi kết luận của họ. Các tác giả cũng cho biết quá trình phân hủy chất phân cây thấp hơn dẫn đến sự tích tụ chất hữu cơ ở các khu vực có mức độ phóng xạ cao hơn. Ngược lại, Bonzom et al. [20] không tìm thấy ảnh hưởng tiêu cực nào đối với quá trình phân hủy chất phân cây đo bằng túi chứa chất phân cây tại các khu rừng lá rụng và rừng trội với mức độ phóng xạ từ 0,22 đến 29 μGy/giờ (các tác giả ước tính rằng điều này tương đương với mức độ hấp thụ liều tối đa của các chất phân hủy chất phân là 150 μGy/giờ); túi phân cây được triển khai vào tháng 11 năm 2011 trong tổng cộng 318 ngày. Nên nhớ mức độ phóng xạ cao nhất được nghiên cứu bởi Bonzom et al. khoảng một số bậc trung bình dưới so với Mousseau et al. Tuy nhiên, dữ liệu của Bonzom et al. cho thấy mất khối lượng chất phân cây tăng lên theo tỷ lệ tăng độ phóng xạ ở các mức độ phóng xạ mà quan hệ liên tục tuyến tính của Mousseau et al. [19] dự đoán một sự giảm trong quá trình phân hủy. Nhận xét về các kết quả trái ngược của nghiên cứu Mousseau et al. [19] và nghiên cứu của riêng họ, Bonzom et al. đã quan sát rằng tốc độ phân hủy tại một số điểm nhiễm phóng xạ nặng nhất của Mousseau et al. tương đương hoặc cao hơn những gì đã được quan sát trước đó cho phân của các loại cây tương tự tại các địa điểm không bị nhiễm phóng xạ (xem các tài liệu tham khảo được trích dẫn bởi Bonzom et al.). Các nghiên cứu khác về các loài đất quan trọng về môi trường sinh thái trong CEZ không tìm thấy hoặc tìm thấy ít ảnh hưởng của phóng xạ [21-24].

Trong bài báo này, chúng tôi đánh giá hoạt động sinh học của đất tại các khu vực có mức độ phóng xạ từ 0,6 đến 237 μSv/giờ vào mùa xuân năm 2016 (ước tính mức độ hấp thụ liều của đất là từ 0,7 đến 1753 μGy/giờ). Chúng tôi sử dụng lá mồi để đo hoạt động ăn của động vật đất tại chỗ. Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá tác động của các chất ô nhiễm hóa học khác nhau lên hoạt động sinh học của đất [xem thêm 3, 12, 26-28]. Lá mồi đã được đề xuất là một chỉ số đa dạng sinh học của đất bởi một nhóm làm việc của Liên minh Châu Âu [29] và là một phương pháp được sử dụng trong đánh giá rủi ro sinh thái [30]. Sau đó, Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa quốc tế (ISO) đã xuất bản ISO 18311: 2016 [31], định nghĩa một phương pháp mạnh mẽ để sử dụng lá mồi để xác định tác động nhân tạo lên hoạt động ăn của động vật đất.

Dữ liệu gốc từ nghiên cứu này đã được công khai và được xuất bản cùng với bài báo này [32], cho phép đánh giá độc lập và phân tích lại.