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Radiooekologische Modellierung von Cs-137 (Radiocesium) in Wildschweinen

 Forschungsberichte sind als PDF-file verf├╝gbar unter: Downloads

In diesem Forschungsvorhaben wurden von 2001 bis 2004 die Ursachen f├╝r die vergleichsweise hohe 137Cs Aktivit├Ąt von Wildbret, insbesondere von Wildschweinen, in Teilen des Bayerischen Waldes, die durch den Tschernobyl-Fallout besonders betroffen sind, detailliert aufgekl├Ąrt. Ein wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines dynamischen radio├Âkologischen 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 Aktivit├Ąt ermittelt.

Radio├Âkologische Modellierung von 137Cs in Wildschweinen

F├╝r die Modellierung der 137Cs Kontamination von Wildschweinen wurden die Raten f├╝r Migration etc. herangezogen, die bereits beim Mehrschichten-Bodenmodell Verwendung fanden, d. h. eine Migartionsrate von 0,59 a-1 (0ÔÇô6 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 ber├╝cksichtigt und die in Bodenmais gemessenen Dichten der Boden-schichten verwendet. Der Transferfaktor FutterÔćĺFleisch 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 t├Ąglich 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 f├╝hren zu einer deutlichen Verringerung der 137Cs Kontamination der Wildschweine. Daher wurden solche Mastjahre im Modell ber├╝cksichtigt, indem f├╝r den Zeitraum von Oktober bis April ein h├Âherer Anteil Bucheckern, entsprechend den Ergebnissen der Mageninhaltsanalysen, ber├╝cksichtigt 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 f├╝r den Bodenbereich der Wurzelaufnahme von 137Cs und die mittleren Aktivit├Ąten f├╝r Nahrungsbestandteile angegeben. 

Tab. 3: Im Modell verwendete Transferfaktoren, Bodenbereiche und berechnete und gemessene 137Cs Aktivit├Ąten von Nahrungsbestandteilen (1. Szenario, s.u.). Die Anpassung der Transferfaktoren f├╝hrt zur ├ťbereinstimmung der berechneten mit den gemessenen Aktivit├Ąten

 

Die Modellrechnung ber├╝cksichtigt auch die Variabilit├Ąt der t├Ąglich 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 f├╝r 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 Aktivit├Ąt von Wildschweinen, genau wie die Messwerte, in den ersten Jahren nach dem Tschernobyl-Unfall ab, weil sich die 137Cs Aktivit├Ąt des Nahrungsspektrums durch die Fixierung des deponierten Radioc├Ąsiums verringert. 1987 betrug der Median der Messwerte 5.667          Bq/kg, 1988 nur noch 2.805 Bq/kg und 1989, wenig ver├Ąndert, 2.228 Bq/kg. Vermutlich waren Hirscht├╝ffeln zu dieser Zeit geringer kontaminiert als 2004, w├Ąhrend oberirdische Nahrungsbestandteile deutlich mehr 137Cs Aktivit├Ąt enthielten (Zeitverl├Ąufe 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 Hirschtr├╝ffel-Myzel gelangten. Gleichzeitig nahm die Aktivit├Ąt der oberirdischen Nahrungsbestandteile ab, was aber bei der 137Cs Gesamtaufnahme der Wildschweine durch die hochkontaminierten Hirschtr├╝ffeln ├╝berkompensiert wurde. Die starke Abnahme der 137Cs Kontamination der Wildschweine von Oktober 2003 bis M├Ąrz 2004 infolge der Buchenmast  wird vom Modell gut nachvollzogen.



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

Die langfristige Modellprognose ist in der Abbildung 46 wiedergegeben. Hirschtr├╝ffeln leisten den gr├Â├čten Beitrag an der 137Cs Kontamination der Wildschweine, deshalb ist die k├╝nftige Aktivit├Ątsentwicklung dieser Pilzart von besonderer Bedeutung. Die 137Cs Aktivit├Ąt wird wesentlich von dem f├╝r das Myzel verf├╝gbaren 137Cs bestimmt, wodurch der Tiefenverteilung des Nuklids eine Schl├╝sselrolle zukommt. Es wurden zwei Szenarien mit unterschiedlichen Parametern modelliert /Abbildung 2):

    1. Szenario: Die Aufnahme durch das Hirschtr├╝ffelmyzel 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 Hirschtr├╝ffelmyzel 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 ÔÇô 6 cm und > 6cm) angepasst. Dieser Wert ist um den Faktor 5 bis 6 kleiner als im ersten Szenario.

 

 

Abb. 2: Modellprognosen (Medianwerte) f├╝r 2 Szenarien und Messwerte der 137Cs Aktivit├Ąt von Wildschweinen, Untersuchungsgebiet Bayerischer Wald, 1987-2030

Das Szenario 1 ist ein ÔÇ×best caseÔÇť 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 Hirschtr├╝ffeln teilweise verlassen. Im zweiten Szenario, das ein ÔÇ×worst caseÔÇť Szenario ist, wird eine deutlich langsamere Migrationsrate angenommen, mit der Folge, dass 137Cs Ionen ├╝ber einen l├Ąngeren Zeitraum dem Tr├╝ffelmyzel zur Verf├╝gung stehen, was zu einer stagnierenden 137Cs Kontamination von Hirschtr├╝ffeln und letztlich auch von Wildschweinen f├╝hrt. In der Tabelle 4 sind einige Werte der Modellrechnungen angegeben.

Tab. 4: Modellwerte zur zeitlichen Entwicklung der 137Cs Aktivit├Ąt in Wildschweinen, f├╝r zwei Szenarien, s. Text

 

Der tats├Ąchliche 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 ├╝bereinstimmt. In der g├╝nstigen Prognose (Szenario 1) wird der Medianwert der Kontamination der Wildschweine in den n├Ąchsten Jahren zwar langsam abnehmen, 2030 aber immer noch 1.720 Bq/kg betragen.

Im ung├╝nstigen 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 R├╝ckgang wird allerdings nur gering sein, 2030 wird der Medianwert der 137Cs Aktivit├Ąt immer noch bei 3.351  Bq/kg liegen. In den beiden Modellszenarien wird auch 2030 das 5% Perzentil ├╝ber dem 600 Becquerel Grenzwert f├╝r die 137Cs Aktivit├Ąt liegen.

In den Modellrechnungen ist die gro├če Spannweite zwischen dem 5% und 95% Perzentil auf die Variabilit├Ąt der eingehenden Parameter zur├╝ckzuf├╝hren: Die Nahrungsmenge und die Art der Nahrungsbestandteile, die Wildschweine t├Ąglich aufnehmen, schwankt erheblich. Bei den untersuchten M├Ągen 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 M├Ągen erheblich und die einzelnen Nahrungsbestandteile enthielten unterschiedlich viel 137Cs. Das Modell folgt den tats├Ąchlichen 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 Aktivit├Ąten zwischen 81 Bq/kg und 39.539 Bq/kg gemessen.

 

Literatur

Die Arbeiten wurden mit Mitteln des Bundesministeriums f├╝r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit finanziert. Der Text gibt die Auffassung und Meinung des Auftragnehmers wieder und muss nicht mit der des Bundesumweltministeriums ├╝bereinstimmen.

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