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Radiooekologische Modellierung von Cs-137 (Radiocesium) in Rehen

 Forschungsberichte sind als PDF-file verfĂŒgbar unter: Downloads

In dem Forschungsvorhaben "Untersuchungen zum Verhalten von RadiocĂ€sium in Wildschweinen und anderen Biomedien des Waldes" wurden dynamische  radioökologische Modelle entwickelt um die Akkumulation und Migration von RadiocĂ€sium in Biomedien von Waldökosystemen zu beschreiben und den weiteren AktivitĂ€tsverlauf zu prognostizieren.

4.3.2.1  Radioökologische Modellierung von 137Cs in Rehen

Die Modellrechnungen wurden mit den in Kapitel 2.5.1 angegebenen Gleichungen durch-gefĂŒhrt. Als Bodenmodell wurde das Kompartiment-Modell verwendet, mit dem die Fixierung, Desorption und Migration von 137Cs beschrieben wird. Zur Berechnung des zeitlichen Verlaufs der 137Cs AktivitĂ€t der Nahrungspflanzen wurde folgende Gleichung verwendet:

ci:     AktivitĂ€tskonzentration in der Pflanze i (BqSYMBOL 183 \f "Symbol"kg-1)

As:     Deponierte AktivitĂ€t = 98.450 BqSYMBOL 183 \f "Symbol"m-2 (B1) bzw. 83.370 BqSYMBOL 183 \f "Symbol"m-2 (B2)

rs:     Bodendichte = 0,182 gSYMBOL 183 \f "Symbol"cm-3

L:      Bodentiefe = 0,14 m

TFi:  Transferfaktor Boden-Pflanze fĂŒr die Pflanze i [kg FS Boden / kg FS Pflanze]

ns(t): Zeitfunktion, die das Verhalten von RadiocÀsium im Boden beschreibt,
         mit ns(t) = 1 fĂŒr t=0, wobei t=0 der Depositionszeitpunkt der 30.04.1986 ist.

Die gemessenen 137Cs AktivitÀten der wichtigsten Nahrungspflanzen von Rehen (Dornfarn, Wald-Frauenfarn, Hasenlattich, Brombeere, Himbeere und Heidelbeere) auf den Probe-flÀchen B1 und B2 wurden auf die deponierte AktivitÀt im Untersuchungsgebiet (53.690 BqSYMBOL 183 \f "Symbol"m-2) normiert, weil die Bodenkontamination beider ProbeflÀchen signifikant höher ist als die mittlere Bodenkontamination des Untersuchungsgebietes, die Rehe aber aus dem gesamten Gebiet stammten (Tabelle 16).

Tab. 16: Normierte mittlere 137Cs AktivitĂ€ten der wichtigsten Nahrungsbestandteile von Rehen 2000 – 2004. Modellwerte aus Messwerten mit angepassten ZeitverlĂ€ufen berechnet

Nahrungs-bestandteil

Normierte mittlere 137Cs AktivitÀt
[Bq/kg] FS

Mittlerer Modellwert
137Cs AktivitÀt
[Bq/kg] FS

Dornfarn

1290

1279

Wald-Frauenfarn

441

443

Hasenlattich

378

384

Eberesche

180

157

Himbeere

71

73

Brombeere

117

112

Heidelbeere

571

571

Pilze

1.731

1.763

FĂŒtterung

96

99

Sonstiges

184

184

 

Die Zeitfunktion besteht aus zwei Exponentialfunktionen, die die Raten fĂŒr die Fixierung, Desorption und Migration enthalten (Abbildung 37). Aufgrund des unterschiedlichen Zeitverhaltens der AktivitĂ€tskonzentrationen von verschiedenen Pflanzenarten ist davon auszugehen, dass die Migrations-, Fixierungs- und Desorptionsraten fĂŒr die Böden, auf denen die Pflanzen wachsen, unterschiedlich sind. Dieser Ansatz beinhaltet bereits weitere Parameter, wie verschiedene Wurzeltiefen etc.. Bei den in der Abbildung 37 ab-gebildeten ZeitverlĂ€ufen von 137Cs wurden fĂŒr die Migrationsrate Werte zwischen 0,04 a-1
und 0,12 a-1, fĂŒr die Fixierungsrate zwischen 0,07 a-1 und 0,36 a-1 und fĂŒr die Desorptions-rate zwischen 0,015 a-1 und 0,20 a-1 verwendet (Tabelle 17). Je höher die Fixierungsrate, umso stĂ€rker ist der Abfall des Zeitverlaufs in den ersten Jahren (bis etwa 1995, s. auch Abbildungen 20 und 21). Je höher die Desorptionsrate, desto flacher verlĂ€uft die Zeitkurve, insbesondere in spĂ€teren Jahren.

 

Abb. 37: Gemessene und modellierte 137Cs AktivitĂ€ten der fĂŒr Rehe wichtigen Nahrungs-pflanzen Dornfarn und Wald-Frauenfarn auf B1 und B2. Die Messwerte wurden auf die im Untersuchungsgebiet Bodenmais deponierte AktivitĂ€t normiert

 

Die im Modell fĂŒr die Nahrungspflanzen verwendeten Transferfaktoren wurden an die Messdaten der ProbeflĂ€chen B1 und B2 angepasst und beziehen sich auf die Bodentiefe 0-14 cm (bei Verwendung des Bodenmodells mit drei Kompartimenten) und eine mittlere Bodendichte von 0,182 g cm-3.

Tab. 17: Im Modell verwendete Transferfaktoren fĂŒr 137Cs Boden→Nahrungsbestandteil und Raten fĂŒr die Migration, Fixierung und Desorption

Nahrungsart

Transferfaktor
Boden→Nahrung

 

Migration

[a-1]

Fixierung

[a-1]

Desorption

[a-1]

Dornfarn

12,7

0,120

0,250

0,050

Wald-Frauenfarn

1,6

0,090

0,160

0,200

Hasenlattich

2,3

0,090

0,070

0,030

Eberesche

0,32

0,040

0,160

0,200

Himbeere

2,1

0,100

0,360

0,015

Brombeere

0,42

0,080

0,160

0,120

Heidelbeere

2,5

0,094

0,220

0,130

Pilze

10,6

0,120

0,300

0,120

Das Modell wurde so angelegt, dass in Jahren, in denen Massenvorkommen von oberirdischen Pilzfruchtkörpern auftreten ("Pilzjahre") eine erhöhte Nahrungsaufnahme von Pilzen berĂŒcksichtigt wird. FĂŒr diesem Fall wird die Aufnahme von Pilzen im September von normal 8,4% auf 11,5% und im Oktober von 12,4% auf 30%, auf Kosten anderer Nahrungsbestandteile erhöht. Bei Jahren mit besonders geringem Pilzvorkommen wird der Anteil von Pilzen an der Nahrungsaufnahme in der Berechnung auf 2% im September und 3% im Oktober reduziert, zu Gunsten einer proportionalen Erhöhung der anderen Bestandteile. Der vom Modell berechnete Zeitverlauf der AktivitĂ€tskonzentration von Rehen ist in Abbildung 38 dargestellt. Hier wurde mit einer biologischen Halbwertszeit von 10 Tagen gerechnet und der Transferfaktor fĂŒr 137Cs Nahrung→Fleisch auf 0,92 dSYMBOL 183 \f "Symbol"kg-1angepasst.

Abb. 38: Monatliche Medianwerte der 137Cs AktivitÀt von Rehen, aus den Messwerten und Modelldaten, Untersuchungsgebiet Bodenmais, 1987-2004

Der Vergleich der Modelldaten mit den Messdaten zeigt, dass der saisonale Verlauf der 137Cs Kontamination von Rehen durch das Modell gut wiedergegeben wird. Im Modell werden die Minimalwerte im Winter in manchen Jahren ĂŒberschĂ€tzt. Dies liegt daran, dass ĂŒber das Nahrungsspektrum der Rehe keine Daten aus den Monaten Januar bis Mai zur VerfĂŒgung standen und die Berechnungen fĂŒr diesen Zeitraum mit den Werten vom Dezember durchgefĂŒhrt wurden (s. Tabelle 7). Diese ÜberschĂ€tzung war besonders in den Jahren vor 1996 beachtlich (log Auftragung!), als die Rehe im Untersuchungsgebiet im Winter noch gefĂŒttert wurden. Der Anteil von gering kontaminiertem Heu am Nahrungs-spektrum war im Winter vermutlich höher als angenommen und verursachte relativ niedrige 137Cs Kontaminationen im Rehfleisch. Seit 1996 werden Rehe aus jagdlichen GrĂŒnden im Winter nicht mehr gefĂŒttert, wodurch sie mehr 137Cs aufnehmen. Seither stimmen die Modellrechnungen auch im Winter mit den Messwerten besser ĂŒberein.

Nahezu pilzfreie Jahre waren 1990 und 2003, Pilzreiche dagegen 1992 und 2000. Obwohl Jahre mit besonders vielen oder besonders wenigen Pilzen im Modell besonders berĂŒck-sichtigt wurden, ist erkennbar, dass die Auswirkungen auf die Höhe der 137Cs AktivitĂ€ts-werte nur moderat sind. Dies ist darauf zurĂŒckzufĂŒhren, dass der höchste Anteil von Pilzen an der Nahrungsaufnahme im Oktober selbst in Pilzjahren zwar bei 30% liegt und die AktivitĂ€t von Pilzen relativ hoch ist, dass aber die 137Cs AktivitĂ€ten der wichtigen Nahrungspflanze Dornfarn nicht ĂŒbertroffen wird (Tabellen 14/14a). Die mit dem Modell berechnete, langfristige Prognose bis 2030 ist in der Abbildung 39 dargestellt.

Abb. 39: Langfristige Trendprognose und Messwerte der 137Cs AktivitĂ€t von Rehen, Monatsmediane fĂŒr das Untersuchungsgebiet Bodenmais, 1987-2030 und 600 Bq Grenzwert (gestrichelte Linie)

Die horizontal verlaufende Linie entspricht dem 600 Becquerel Grenzwert fĂŒr das Gesamt-cĂ€sium. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von rund 2 Jahren ist der Beitrag von 134Cs am GesamtcĂ€sium langfristig vernachlĂ€ssigbar, sodass fĂŒr die Beurteilung der VerkehrsfĂ€hig-keit des Rehfleisches, aus radioökologischer Sicht nur die AktivitĂ€t von 137Cs relevant ist.

Unter der Annahme, dass sich die Migrationsraten von 137Cs im Boden und die physiko-chemischen Bedingungen nicht wesentlich Ă€ndern, ist die Prognose fĂŒr die kommenden 25 Jahre eine Fortschreibung des Trends seit 1995. Voraussichtlich werden ab 2015 auch die Medianwerte der 137Cs AktivitĂ€t im Herbst, also dem Zeitpunkt der maximalen Konta-mination der Rehe, unter 600 BqSYMBOL 183 \f "Symbol"kg-1 liegen. Auch dann werden einzelne Rehe den Grenzwert ĂŒberschreiten, in ausgeprĂ€gten Pilzjahren könnten es mehr sein. Dagegen werden extreme WetterĂ€nderungen im Untersuchungsgebiet, wie extreme Trockenheit oder niederschlagsarme Jahre, eher zu einer verstĂ€rkten Abnahme der Kontamination fĂŒhren.

 

 

Literatur

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

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