Radioökologische Modellierung von Cs-137 in Wildschweinen

In diesem Forschungsvorhaben wurden von 2001 bis 2004 die Ursachen für die vergleichsweise hohe ¹³⁷Cs Aktivität von Wildbret, insbesondere von Wildschweinen, in Teilen des Bayerischen Waldes, die durch den Tschernobyl-Fallout besonders betroffen sind, detailliert aufgeklärt. Ein wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines dynamischen radioökologischen Modells, das den bisherigen Zeitverlauf der Kontamination von Rehen, Rothirschen und Wildschweinen beschreibt und den weiteren Verlauf prognostiziert. Die Zusammensetzung der Nahrung von Wildschweinen und Rothirschen wurde durch Mageninhaltsanalysen bestimmt, die relevanten Nahrungskomponenten dann im Untersuchungsgebiet beprobt und deren ¹³⁷Cs Aktivität ermittelt.

Radioökologische Modellierung von ¹³⁷Cs in Wildschweinen

Für die Modellierung der ¹³⁷Cs Kontamination von Wildschweinen wurden die Raten für Migration etc. herangezogen, die bereits beim Mehrschichten-Bodenmodell Verwendung fanden, d. h. eine Migartionsrate von 0,59 a^-1 (0–6 cm) bzw. 0,50 a^-1 (>6 cm), eine Fixierungsrate von 0,59 a^-1 und eine Desorptionsrate von 0,68 a^-1. Streufall und Kronentraufe wurden mit 0,016 a^-1 berücksichtigt und die in Bodenmais gemessenen Dichten der Boden-schichten verwendet. Der Transferfaktor Futter→Fleisch betrug 2,0 d/kg, die biologische Halbwertszeit 20 d und die aufgenommene Nahrungsmenge 1,8 kg/d. Da das Nahrungsspektrum und die Nahrungsaufnahme der Wildschweine erheblich variieren, wurden die Anteile der verschiedenen Nahrungsbestandteile und die täglich aufgenommene Nahrungsmenge mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen gewichtet (Tabelle 1).

Tab. 1: Anteile an der Nahrungsaufnahme von Wildschweinen, bezogen auf eine Gesamtmenge von 1,8 kg/d

Mastjahre von Buchen im Untersuchungsgebiet führen zu einer deutlichen Verringerung der ¹³⁷Cs Kontamination der Wildschweine. Daher wurden solche Mastjahre im Modell berücksichtigt, indem für den Zeitraum von Oktober bis April ein höherer Anteil Bucheckern, entsprechend den Ergebnissen der Mageninhaltsanalysen, berücksichtigt wurde (Tabelle 2).

Tab. 2: Anteile an der Nahrungsaufnahme von Wildschweinen, von Oktober 2003 bis April 2004 (Mastjahr), bezogen auf eine Gesamtmenge von 1,8 kg/d

In der Tabelle 3 sind die im Modell verwendeten, angepassten Transferfaktoren Boden - Nahrungsbestandteil, die Werte für den Bodenbereich der Wurzelaufnahme von ¹³⁷Cs und die mittleren Aktivitäten für Nahrungsbestandteile angegeben.

Tab. 3: Im Modell verwendete Transferfaktoren, Bodenbereiche und berechnete und gemessene ¹³⁷Cs Aktivitäten von Nahrungsbestandteilen (1. Szenario, s.u.). Die Anpassung der Transferfaktoren führt zur Übereinstimmung der berechneten mit den gemessenen Aktivitäten

Die Modellrechnung berücksichtigt auch die Variabilität der täglich aufgenommenen Nahrungsmenge, die aufgrund den Ergebnisse der Mageninhaltsanalysen mit durchschnittlich 1,8 kg/d angesetzt und mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung (Normalverteilung) gewichtet wurde. Dabei lagen 95% der Werte für die Nahrungsaufnahme zwischen 0,5 kg/d-1 bis 3,1 kg/d. Die Modelldaten und die Messwerte bis 2004 sind in der Abbildung 1 dargestellt. Die Modelldaten geben den Medianwert der ¹³⁷Cs Kontamination der Wildschweine (mittlere Kurve) wieder, sowie das 5%- und 95% Perzentil (untere bzw. obere Kurve) resultierend aus einem variierenden Futterspektrum und einer variierenden Futteraufnahme. Im Modell nimmt die ¹³⁷Cs Aktivität von Wildschweinen, genau wie die Messwerte, in den ersten Jahren nach dem Tschernobyl-Unfall ab, weil sich die ¹³⁷Cs Aktivität des Nahrungsspektrums durch die Fixierung des deponierten Radiocäsiums verringert. 1987 betrug der Median der Messwerte 5.667 Bq/kg, 1988 nur noch 2.805 Bq/kg und 1989, wenig verändert, 2.228 Bq/kg. Vermutlich waren Hirschtüffeln zu dieser Zeit geringer kontaminiert als 2004, während oberirdische Nahrungsbestandteile deutlich mehr ¹³⁷Cs Aktivität enthielten (Zeitverläufe von oberirdischen Pflanzenteilen s. Abbildungen 20 und 21). Seit 1990 nahm dann die Kontamination der Wildschweine wieder leicht zu, da vermehrt ¹³⁷Cs Ionen in tiefer gelegene Bodenschichten wanderten und damit in den Einzugsbereich von Hirschtrüffel-Myzel gelangten. Gleichzeitig nahm die Aktivität der oberirdischen Nahrungsbestandteile ab, was aber bei der ¹³⁷Cs Gesamtaufnahme der Wildschweine durch die hochkontaminierten Hirschtrüffeln überkompensiert wurde. Die starke Abnahme der ¹³⁷Cs Kontamination der Wildschweine von Oktober 2003 bis März 2004 infolge der Buchenmast wird vom Modell gut nachvollzogen.

Abb. 1: Modelldaten und Messwerte der ¹³⁷Cs Aktivität von Wildschweinen (Median, 5%- und 95%-Perzentil), Untersuchungsgebiet Bayerischer Wald, 1987-2004

Die langfristige Modellprognose ist in der Abbildung 46 wiedergegeben. Hirschtrüffeln leisten den größten Beitrag an der ¹³⁷Cs Kontamination der Wildschweine, deshalb ist die künftige Aktivitätsentwicklung dieser Pilzart von besonderer Bedeutung. Die ¹³⁷Cs Aktivität wird wesentlich von dem für das Myzel verfügbaren ¹³⁷Cs bestimmt, wodurch der Tiefenverteilung des Nuklids eine Schlüsselrolle zukommt. Es wurden zwei Szenarien mit unterschiedlichen Parametern modelliert /Abbildung 2):

1. Szenario: Die Aufnahme durch das Hirschtrüffelmyzel erfolgt aus einer Bodentiefe von 2-16 cm, die Boden bezogenen Modellparameter (Migrations-, Fixierungs- und Desorptionsrate) entsprechen dem des Mehrschichten-Bodenmodells,

2. Szenario: Die Aufnahme durch das Hirschtrüffelmyzel erfolgt aus einer Bodentiefe von 2-10 cm, die Boden bezogenen Modellparameter entsprechen dem Mehrschichten- Bodenmodell, allerdings wurde die Migrationsrate auf 0,1 a^-1 (Bodentiefen: 0 – 6 cm und > 6cm) angepasst. Dieser Wert ist um den Faktor 5 bis 6 kleiner als im ersten Szenario.

Abb. 2: Modellprognosen (Medianwerte) für 2 Szenarien und Messwerte der ¹³⁷Cs Aktivität von Wildschweinen, Untersuchungsgebiet Bayerischer Wald, 1987-2030

Das Szenario 1 ist ein „best case“ Szenario, bei dem ¹³⁷Cs Ionen, entsprechend der bisherigen Ergebnisse und Modellrechnungen in Kapitel 4.1.2 und 4.1.3.1 (Abbildung 2), mit fortschreitender Zeit quantitativ in tiefere Bodenschichten verlagert werden und den Myzelbereich der Hirschtrüffeln teilweise verlassen. Im zweiten Szenario, das ein „worst case“ Szenario ist, wird eine deutlich langsamere Migrationsrate angenommen, mit der Folge, dass ¹³⁷Cs Ionen über einen längeren Zeitraum dem Trüffelmyzel zur Verfügung stehen, was zu einer stagnierenden ¹³⁷Cs Kontamination von Hirschtrüffeln und letztlich auch von Wildschweinen führt. In der Tabelle 4 sind einige Werte der Modellrechnungen angegeben.

Tab. 4: Modellwerte zur zeitlichen Entwicklung der ¹³⁷Cs Aktivität in Wildschweinen, für zwei Szenarien, s. Text

Der tatsächliche Medianwert der Messungen lag 2004 bei 4.175 Bq/kg, was mit den Werten aus den Modellrechnungen beider Szenarien (3.940 Bq/kg bzw. 4.070 Bq/kg) gut übereinstimmt. In der günstigen Prognose (Szenario 1) wird der Medianwert der Kontamination der Wildschweine in den nächsten Jahren zwar langsam abnehmen, 2030 aber immer noch 1.720 Bq/kg betragen.

Im ungünstigen Fall (Szenario 2) wird der Medianwert der Kontamination bis 2010 auf 4.189 Bq/kg leicht ansteigen, um in den Folgejahren wieder langsam abzunehmen. Der Rückgang wird allerdings nur gering sein, 2030 wird der Medianwert der ¹³⁷Cs Aktivität immer noch bei 3.351 Bq/kg liegen. In den beiden Modellszenarien wird auch 2030 das 5% Perzentil über dem 600 Becquerel Grenzwert für die ¹³⁷Cs Aktivität liegen.

In den Modellrechnungen ist die große Spannweite zwischen dem 5% und 95% Perzentil auf die Variabilität der eingehenden Parameter zurückzuführen: Die Nahrungsmenge und die Art der Nahrungsbestandteile, die Wildschweine täglich aufnehmen, schwankt erheblich. Bei den untersuchten Mägen lag das Inhaltsgewicht zwischen 395 g bzw. 4.170 g, bei einem mittleren Gewicht von 1.450 g (FS) und einer Standardabweichung von 809 g. Ebenso unterschied sich die Zusammensetzung der Nahrung in den Mägen erheblich und die einzelnen Nahrungsbestandteile enthielten unterschiedlich viel ¹³⁷Cs. Das Modell folgt den tatsächlichen Gegebenheiten: Die Berechnungen in Kapitel 4.3.4.1 verdeutlichen, dass die ¹³⁷Cs Gesamtaufnahme pro Tag zwischen 320 Bq/kg und rund 38.000 Bq/kg betragen kann, je nachdem wie viel unterschiedliche Nahrung die Tiere fressen. Diese Unterschiede sind auch im Muskelfleisch der Wildschweine festzustellen. So wurden in der ersten Septemberwoche 2004, aus dem Revier Paternoster, Proben von 4 Wildschweinen mit¹³⁷Cs Aktivitäten zwischen 81 Bq/kg und 39.539 Bq/kg gemessen.

Literatur

Die Arbeiten wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit finanziert. Der Text gibt die Auffassung und Meinung des Auftragnehmers wieder und muss nicht mit der des Bundesumweltministeriums übereinstimmen.

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