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Environmental Studies |
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In dem Forschungsvorhaben "Untersuchungen zum Verhalten von Radiocäsium in Wildschweinen und anderen Biomedien des Waldes" wurden dynamische radioökologische Modelle entwickelt um die Akkumulation und Migration von Radiocäsium in Biomedien von Waldökosystemen zu beschreiben und den weiteren Aktivitätsverlauf zu prognostizieren. 4.3.2.1 Radioökologische Modellierung von 137Cs in RehenDie Modellrechnungen wurden mit den in Kapitel 2.5.1 angegebenen Gleichungen durch-geführt. 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 Aktivität der Nahrungspflanzen wurde folgende Gleichung verwendet:
ci: Aktivitätskonzentration in der Pflanze i (BqSYMBOL 183 \f "Symbol"kg-1) As: Deponierte Aktivität = 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 für die Pflanze i [kg FS Boden / kg FS Pflanze] ns(t): Zeitfunktion, die das Verhalten von Radiocäsium im Boden beschreibt, Die gemessenen 137Cs Aktivitäten der wichtigsten Nahrungspflanzen von Rehen (Dornfarn, Wald-Frauenfarn, Hasenlattich, Brombeere, Himbeere und Heidelbeere) auf den Probe-flächen B1 und B2 wurden auf die deponierte Aktivität im Untersuchungsgebiet (53.690 BqSYMBOL 183 \f "Symbol"m-2) normiert, weil die Bodenkontamination beider Probeflächen signifikant höher ist als die mittlere Bodenkontamination des Untersuchungsgebietes, die Rehe aber aus dem gesamten Gebiet stammten (Tabelle 16). Tab. 16: Normierte mittlere 137Cs Aktivitäten der wichtigsten Nahrungsbestandteile von Rehen 2000 – 2004. Modellwerte aus Messwerten mit angepassten Zeitverläufen berechnet
Die Zeitfunktion besteht aus zwei Exponentialfunktionen, die die Raten für die Fixierung, Desorption und Migration enthalten (Abbildung 37). Aufgrund des unterschiedlichen Zeitverhaltens der
Aktivitätskonzentrationen von verschiedenen Pflanzenarten ist davon auszugehen, dass die Migrations-, Fixierungs- und Desorptionsraten für 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 Zeitverläufen von 137Cs wurden für die Migrationsrate Werte zwischen 0,04
a-1
Abb. 37: Gemessene und modellierte 137Cs Aktivitäten der für Rehe wichtigen Nahrungs-pflanzen Dornfarn und Wald-Frauenfarn auf B1 und B2. Die Messwerte wurden auf die im Untersuchungsgebiet Bodenmais deponierte Aktivität normiert
Die im Modell für die Nahrungspflanzen verwendeten Transferfaktoren wurden an die Messdaten der Probeflächen 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 für 137Cs Boden→Nahrungsbestandteil und Raten für die Migration, Fixierung und Desorption
Das Modell wurde so angelegt, dass in Jahren, in denen Massenvorkommen von oberirdischen Pilzfruchtkörpern auftreten ("Pilzjahre") eine erhöhte Nahrungsaufnahme von Pilzen berücksichtigt wird. Für 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 Aktivitätskonzentration von Rehen ist in Abbildung 38 dargestellt. Hier wurde mit einer biologischen Halbwertszeit von 10 Tagen gerechnet und der Transferfaktor für 137Cs Nahrung→Fleisch auf 0,92 dSYMBOL 183 \f "Symbol"kg-1angepasst.
Abb. 38: Monatliche Medianwerte der 137Cs Aktivität 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 überschätzt. Dies liegt daran, dass über das Nahrungsspektrum der Rehe keine Daten aus den Monaten Januar bis Mai zur Verfügung standen und die Berechnungen für diesen Zeitraum mit den Werten vom Dezember durchgeführt wurden (s. Tabelle 7). Diese Überschätzung war besonders in den Jahren vor 1996 beachtlich (log Auftragung!), als die Rehe im Untersuchungsgebiet im Winter noch gefüttert 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 Gründen im Winter nicht mehr gefüttert, wodurch sie mehr 137Cs aufnehmen. Seither stimmen die Modellrechnungen auch im Winter mit den Messwerten besser überein. Nahezu pilzfreie Jahre waren 1990 und 2003, Pilzreiche dagegen 1992 und 2000. Obwohl Jahre mit besonders vielen oder besonders wenigen Pilzen im Modell besonders berück-sichtigt wurden, ist erkennbar, dass die Auswirkungen auf die Höhe der 137Cs Aktivitäts-werte nur moderat sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der höchste Anteil von Pilzen an der Nahrungsaufnahme im Oktober selbst in Pilzjahren zwar bei 30% liegt und die Aktivität von Pilzen relativ hoch ist, dass aber die 137Cs Aktivitäten der wichtigen Nahrungspflanze Dornfarn nicht übertroffen 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 Aktivität von Rehen, Monatsmediane für das Untersuchungsgebiet Bodenmais, 1987-2030 und 600 Bq Grenzwert (gestrichelte Linie) Die horizontal verlaufende Linie entspricht dem 600 Becquerel Grenzwert für das Gesamt-cäsium. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von rund 2 Jahren ist der Beitrag von 134Cs am Gesamtcäsium langfristig vernachlässigbar, sodass für die Beurteilung der Verkehrsfähig-keit des Rehfleisches, aus radioökologischer Sicht nur die Aktivität von 137Cs relevant ist. Unter der Annahme, dass sich die Migrationsraten von 137Cs im Boden und die physiko-chemischen Bedingungen nicht wesentlich ändern, ist die Prognose für die kommenden 25 Jahre eine Fortschreibung des Trends seit 1995. Voraussichtlich werden ab 2015 auch die Medianwerte der 137Cs Aktivität 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 überschreiten, in ausgeprägten Pilzjahren könnten es mehr sein. Dagegen werden extreme Wetteränderungen im Untersuchungsgebiet, wie extreme Trockenheit oder niederschlagsarme Jahre, eher zu einer verstärkten Abnahme der Kontamination führen.
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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