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  Kurzfassung des Abschlussberichts zum Forschungsvorhaben StSch 4206, Jahr 2001

"Überprüfung von Ökosystemen nach Tschernobyl hinsichtlich
 der Strahlenbelastung der Bevölkerung"
               

 Forschungsberichte sind als PDF-file verfügbar unter: Downloads

Ergebnisse

Seit 1988 wurde im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben die Cs-137 Aktivität in rund 7.000 Proben von Boden, Pflanzen, Pilzen und Wildtieren bestimmt, um die Dynamik des Radionuklids in Waldökosystemen zu untersuchen. Die Arbeiten wurden hauptsächlich in einem Bergfichtenwald in Bodenmais (Bayern) und einem Eichenwald in Fuhrberg (Niedersachsen) durchgeführt, wo ungünstige Bodenparameter und Standortfaktoren relativ hohe Radiocäsium Aufnahmeraten in Biomedien bedingen. Das Untersuchungsgebiet Bodenmais gehört, mit der durchschnittlichen Cs-137 Aktivität von 53.690 Bq/qm (Stand 1. Mai 1986, n=59), zu den durch den Tschernobyl-Fallout am höchsten kontaminierten Gebieten der Bundesrepublik. 1999 wurde ein Buchenwald in Göttingen (Niedersachsen) mit günstigen Standortfaktoren in die Untersuchungen mit einbezogen. Boden- und Pflanzenproben wurden ausschließlich auf 100x100 m großen Probeflächen entnommen. Die Probeflächen werden im folgenden als B1 und B2 (Bodenmais), F1 (Fuhrberg) und G1 (Göttingen) bezeichnet. Die Lage der Untersuchungsgebiete ist in der Abbildung 1 dargestellt.


Abb. 1: Lage der Untersuchungsgebiete

Radiocäsium verbleibt in den untersuchten Waldböden langfristig in den obersten Bodenschichten (Beispiel in Abbildung 2). In Bodenprofilen aus den drei Untersuchungs gebieten befanden sich im Jahr 2000 durchschnittlich noch 56% des Cs-137 Inventars in den obersten 10 cm und 93% in den obersten 20 cm. 

Damit befindet sich Radiocäsium langfristig im Einzugsbereich der Wurzeln, wo die Nährstoffaufnahme der meisten Waldbodenpflanzen und der Bäume stattfindet. Da Cäsium in der Humusauflage wesentlich besser pflanzenverfügbar ist als im Mineralboden, ist der Transfer des Nuklids in Pflanzen auf Waldstandorten mit ungünstigen Standortbedingungen langfristig gesehen relativ hoch.

Abb. 2: Tiefenverteilung der flächenbezogenen Cs-137 Aktivität in Profil III auf der Probefläche F1 (Fuhrberg, Niedersachsen), Juni 2000


Kennzeichnend für die untersuchten Waldökosysteme ist die große Variabilität der Cs-137 Aktivität innerhalb einer Pflanzenart und zwischen den Arten (Beispiel in Abbildung 3). In den untersuchten Pflanzenarten nahm Cs-137 Aktivität von 1987 bis 1994 signifikant ab, wobei sich die Kontamination seit 1995 nur noch wenig veränderte. Bei acht Pflanzenarten aus zwei der Untersuchungsgebiete betrug die mittlere effektive Halbwertzeit 5,3 Jahre (Minimum 3 Jahre, Maximum 24 Jahre).

Abb. 3:  Cs-137 Aktivität in Blättern verschiedener Pflanzenarten auf der Probefläche B2, Bodenmais, Bayern (n =je 13), von 1998 bis 2001. Mittelwerte und Minimal- bzw. Maximalwerte. Logarithmische Darstellung!

 

Pilze aus dem Untersuchungsgebiet Bodenmais hatten 2000, wie üblich, die höchsten Cs-137 Messwerte: Ziegenlippe und Hallimasch durchschnittlich 400 Bq/kg, Pfifferling, Steinpilz und Rotfußröhrling 1.000 Bq/kg und Maronenröhrling 3.030 Bq/kg, bezogen auf Frischsubstanz. Mit durchschnittlich 25.660 Bq/kg waren die unterirdisch wachsenden Hirschtrüffel deutlich höher kontaminiert als alle oberirdisch wachsenden Pilzarten.

Die Werte der aggregierten Transferfaktoren, ein Maß für den Übergang von Cs-137 Boden → Pflanze und Boden → Fleisch, schwankten um mehrere Größenordnungen, z.B. bei den autotrophen Pflanzenarten, von 0,0001 m2/kg bis 0,41 m2/kg. Auf den Dauerprobeflächen B1 und F1 wurden viel höhere Transferfaktoren festgestellt als auf G1. So war der aggregierte Transferfaktor für Wildschweine aus Bodenmais 392mal höher als für Wildschweine aus Göttingen. Diese Unterschiede sind im wesentlichen durch unterschiedliche bodenbürtige Standortparameter der Probeflächen bedingt. 

Die Cs-137 Kontamination von Rehen variierte in Bodenmais von 1987 bis 2000 saisonal, mit niedrigen Werten im Frühjahr und deutlich höheren Werten im Herbst. Ähnlich wie bei den Pflanzen, erfolgte bei Rehen, von 1987 bis 1995, eine relativ schnelle Abnahme der Cs-137 Aktivität, während von 1996 bis 2000 keine signifikante Veränderung festzustellen war. Die effektive Halbwertzeit für Cs-137 in Rehwild (n=1.429) beträgt für diesen Zeitraum 6 Jahre. Im Jahr 2000 war der Median der Cs-137 Messwerte von Rehen aus Bodenmais 776 Bq/kg, von Wildschweinen 7.890 Bq/kg.
 

Abb. 4: Verlauf der Cs-137 Aktivität im Muskelfleisch von Rehen (n=1557), Untersuchungsgebiet Bodenmais, Bayern, 1987-2003

 


Methoden

Boden
Bei jedem Entnahmetermin wurden jeweils Bodenprofilserien, mit einem Bohrstock volumenecht entnommen. Jede Serie bestand aus 10 Bohrkernen, die in 2 cm Schichtfolgen getrennt und jeweils gleiche Schichten zu einer Mischprobe vereinigt wurden. Die Entnahmetiefe betrug 30 cm bis 50 cm, in Abhängigkeit von dem anstehenden Grundgestein. Die Proben wurden in Polyäthylenbeuteln aufbewahrt und bei Standardbedingungen (105 oC) getrocknet. Anschließend wurden sie durch ein Sieb mit 2 mm Maschenweite gesiebt. Der Feinboden und der auf dem Sieb verbleibende Skelettanteil wurden gewogen, letzterer danach verworfen. Zur Aktivitätsbestimmung wurde der Feinboden pulverisiert und in 500 ml bzw. 120 ml Messbecher eingewogen. Neben der Cs-137 Aktivität wurde auch die K-40 Aktivität bestimmt.

Kraut und Strauchschicht
Da sich die Verteilung der Biomasse in einer Pflanze im Jahresverlauf ändert, wurden ausschließlich Blätter beprobt. Dazu wurden an jedem Entnahmetermin, von jeder untersuchten Pflanzenart, Blattorgane von 20-40 Individuen entnommen und zu einer Mischprobe vereinigt.

Bäume
Von jedem gefällten Baum wurde die gesamte Biomasse entnommen, und nach Stamm (Holz), Rinde (Kambium und alle, weiter außen liegenden Gewebetypen) und Blätter bzw. Nadeln getrennt. Nadeln wurden nach Jahrgängen getrennt und daraus eine Mischprobe gewonnen. Die Probenahme der Blattorgane von Bäumen erfolgte gegen Ende der Vegetationsperiode, wenn die Schwankungen im Mineralstoff­gehalt von Blättern und Nadeln am geringsten sind.

Pilze
Von Pilzen wurden nur die oberirdischen Teile, also der Pilzstiel mit Hut entnommen. Jede untersuchte Probe war eine Mischprobe aus mindestens 3-5 Exemplaren, die möglichst vom selben Myzel stammten.
Die Entnahme von Boden- und Vegetationsproben erfolgte ausschließlich auf den Probeflächen.

Aufarbeitung der Proben
Die entnommenen Pflanzenteile wurden in Polyäthylenbeutel verpackt und während der meist 2-tägigen Freilandarbeiten kühl gelagert. Im Labor wurde von den Pflanzenproben das Frisch- und Trockengewicht bestimmt, an Wurzeln anhaftende Bodenpartikel mit Wasser abgespült. Die Trocknung der Proben erfolgte bei 105 oC in Umlufttrockenschränken. Vor der Einwaage in die Messbecher wurden alle Proben in einer Mühle pulverisiert.
Da der Wassergehalt in Pflanzen, Pilzen und Boden im Jahresablauf variiert, wurde die spezifische Cs-137 Aktivität normalerweise auf die Trockensubstanz (TS) berechnet.

Wild
Von Wildtieren wurde ausschließlich reines Muskelfleisch vom Unterarm (Musculus flexor digitorum superficiales/profundus) untersucht. Im La­bor wurde das Muskelfleisch vom Knochen abpräpariert, von anhaftenden Sehnen und Fett befreit, homogenisiert und in Messbecher eingewogen (120 ml, 500 ml). Die Aktivitätsangaben bei Wildtieren beziehen sich immer auf Bq/kg Frischsubstanz (FS).

Aktivitätsbestimmung
Die Aktivitätsmessungen der Proben wurden im Isotopenlaboratorium für biologische und medizinische Forschung der Universität Göttingen durchgeführt, seit 2000 im Labor für Radioisotope (LARI) am Institut für Forstbotanik der Universität Göttingen. Die Messungen erfolgten an zwei Reinstgermanium-Detektoren. Zusätzlich wurde während des gesamten Untersuchungszeitraums ein Reinstgermanium-Bohrloch-Detektor verwandt.
Gemessen wurden die Aktivitäten der Nuklide Cäsium-134, Cäsium-137 und Kalium-40. Als Messgefäße dienten handelsübliche Plastikbecher. Das Messvolumen betrug, je nach vorhandener Probemenge 500 ml, 180 ml oder 120 ml und bei speziellen Untersuchungen einzelner Pflanzenteile 4 ml. Für die verschiedenen Messvolumina wurde der Wirkungs-grad durch Kalibrierung der Anlage mit einer 8-Nuklide-Standardlösung bestimmt.
Die Aktivitätsmessungen von Cs-137 wurden i.d.R. solange durchgeführt, bis ein statistischer Zählratenfehler von 5%, für einen Vertrauensbereich von 95% erreicht war. Für Bodenproben, die aus Tiefen unter 15 cm stammten und teilweise <5 Bq/kg enthielten, bedeutete das Messzeiten >200.000 Sekunden. In dem Aktivitätsbereich 0-2 Bq lag der Zählratenfehler für Cs-137 bei 5-20%. Der statistische Zählratenfehler für K-40 betrug, je nach Aktivitätsgehalt der Proben 5% bis 10 %.

 

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.