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Untersuchungen zum Verhalten von Radiocäsium in Wildschweinen und anderen Biomedien des Walds

Ein Forschungsvorhaben des BMU. Auftraggeber Bundesamt für Strahlenschutz:

Forschungsvorhaben StSch 4324:

Untersuchungen zum Verhalten von Radiocäsium in Wildschweinen und anderen Biomedien des Walds

 

Kurzfassung

     

Untersuchungen zum Verhalten von Radiocäsium in Wildschweinen und anderen Biomedien des Waldes

Forschungsvorhaben StSch 4324

Noch 18 Jahre nach dem Tschernobyl-Fallout werden in regional begrenzten Gebieten der Bundesrepublik in einigen Pilzarten und in Wildschweinen deutlich erhöhte 137Cs Kontaminationen gemessen. Darüber hinaus werden auch in anderen Biomedien des Waldes, im Vergleich zu landwirtschaftlichen Nutzflächen, erhöhte Kontaminationen festgestellt.

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 betroffenen wurden, detailliert aufgeklärt. Hierzu wurde der Beitrag der verschiedenen Nahrungs-komponenten zur Gesamtaufnahme von 137Cs quantifiziert und aus der berechneten Gesamtzufuhr die Kontamination von Muskelfleisch abgeschätzt.

Ein wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines dynamischen radioökologischen Models, 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 wurden dann im Untersuchungsgebiet beprobt und deren 137Cs Aktivität ermittelt. Um die langfristige Kontamination von Wildbret durch dynamische radioökologische Modelle zu prognostizieren, wurde die zeitliche Änderung der 137Cs Aktivität entlang des Pfades Boden → Nahrungskomponenten → Wildbret analysiert. Besondere Bedeutung kam der Untersuchung von Pilzen, insbesondere Hirschtrüffeln zu, die überdurchschnittlich hohe 137Cs Kontaminationen aufweisen.

Insgesamt wurden im Untersuchungsgebiet 20 Bodenprofile bis 20-30 cm Tiefe, volumenecht entnommen. Es zeigt sich, dass der größte Teil der Aktivität nicht mehr in der Humusauflage war, wie in den 80er und 90er Jahren, sondern in dem ca. 8 cm umfassenden Bereich zwischen der unteren Humusauflage und dem oberen Mineralboden. Die Migration von 137Cs in tiefere Bodenschichten schreitet also voran. Inzwischen enthalten auf der Dauerprobefläche B1 die obersten 2 cm des Bodens mit 1,4% fast gleich viel Aktivität wie die 28-30 cm Schicht mit 1,2%.

Für die mathematische Beschreibung der Tiefenverteilung von 137Cs im Waldboden wurde ein radioökologisches Modell entwickelt, das den Boden in übereinander liegende 2 cm Kompartimente einteilt, in denen die Migration, Fixierung und Desorption von 137Cs stattfindet. Diese Prozesse werden durch ein System von Differenzialgleichungen beschrieben. Die mittlere Abweichung der Modelldaten von den Messdaten beträgt 0,77%.

Bei allen untersuchten Pflanzenarten nahm die 137Cs Aktivität von 1987 bis 2004 deutlich ab, bei den meisten Arten setzte sich der seit 1995 bestehende Trend zu einer langsameren Aktivitätsabnahme fort. Viele Pflanzenarten hatten mittlere 137Cs Gehalte in den Blättern von unter 1.000 Bqkg-1 Frischsubstanz (FS), nur wenige Arten, wie Dornfarn und Heidelbeere wiesen höhere Aktivitäten auf. Blätter von Bäumen und Sträuchern sowie Früchte enthielten sogar weniger als 500 Bq 137Cskg-1 in der FS. Bei den oberirdischen Fruchtkörpern von Pilzen variierte die Kontamination von durchschnittlich 24 Bq 137Cskg-1 bei Parasol bis rund 2800 Bq 137Cskg-1 bei Maronenröhrlingen. Dagegen übertrifft die Kontamination von Hirschtrüffeln, mit durchschnittlich 26.800 Bq 137Cskg-1, alle anderen potenziellen Nahrungsbestandteile der Wildschweine, um ein Vielfaches.

 

Mageninhaltsanalysen

Wildschwein Magen geöffnet

Es wurden die Nahrungsbestandteile von 37 Rothirschmägen und 70 Wildschweinmägen ermittelt. Von Rehen waren bereits in einem vorangegangenen FV 114 Mageninhalte analysiert worden. Insgesamt wurden in den Panseninhalten der Rehe 39 Pflanzenarten nachgewiesen, wovon aber nur wenige Arten mengenmäßig von Bedeutung waren: durch-schnittlich war am Nahrungsspektrum der Anteil von Himbeere mit 17% am höchsten, gefolgt von Farn mit 13% und Brombeere mit 12%.

Bei den Mageninhaltsanalysen von Rothirschen stellten Gräser, die mit 29 Arten vertreten waren, mit 60,2% die mit Abstand wichtigste Gruppe und wurden in allen Mägen nach-gewiesen. Bei Kräutern wurden 12 Arten gefunden, die mit durchschnittlich 24,7% quantitativ ebenfalls bedeutend waren.

Das Nahrungsspektrum der Wildschweine war wesentlich differenzierter. Die untersuchten Wildschweinmägen enthielten rund 20% Gräser, Früchte und Bestandteile aus Fütterungen zu je 17%, Kräuter 13%, Wurzeln 12% und Boden 11%. Pilze machten 7,6% aus, wovon 5,5% auf Hirschtrüffeln entfielen. Während der Buchenmast 2003 enthielten die Mägen mehrere Monate lang überwiegend Bucheckern.

 

Radiocäsium Rothirsche

Rothirsch Radiocäsium

Die Cs-137 Aktivität von Rothirschen nahm von 1986-2004 hoch signifikant ab (n=205, P<0.0001). Messwerte über 1000 Bqkg-1 kommen bereits seit 1994 nicht mehr vor, 2003 lag kein Messwert über 500 Bqkg-1. Von April 1987 bis April 2004 beträgt die effektive Halbwertszeit für 137Cs in Rothirschen 4,6 Jahre. Trendmäßig werden in den nächsten Jahren Rothirsche nur noch vereinzelt über 600 Bq 137Cskg-1 aufweisen. Da das Untersuchungsgebiet zu den durch den Tschernobyl-Fallout am stärksten betroffenen Gebieten in Deutschland gehört, kann davon ausgegangen werden, dass in 5 bis 10 Jahren Rotwild bundesweit nicht mehr auf Radioaktivität untersucht werden muss. Aus strahlenbiologisch-ordnungspolitischer Sicht („600 Becquerel Grenzwert“) stellt die Kontamination von Rotwildfleisch für den menschlichen Verzehr bereits heute, auch in den hochkontaminierten Gebieten des Bayerischen Waldes, weit gehend kein Problem mehr dar.

 

Radiocäsium Rehe

Reh Radiocäsium

Im Muskelfleisch von Rehen variierte die 137Cs Aktivität in jedem Untersuchungsjahr ausgesprochen saisonal, mit niedrigen Werten im Frühjahr und deutlich höheren Werten im Herbst. Für den gesamten Untersuchungszeitraum, von 1987-2004, ergibt sich für 137Cs in Rehen (n= 1.663) eine effektive Halbwertszeit von 6,9 Jahren. (P<0.0001). Dieser Wert entsteht aus der Kombination zweier Phasen mit sehr unterschiedlicher Dynamik: In der ersten Phase, von 1987 bis 1995, erfolgte ein relativ schneller Rückgang der Aktivität, mit einer Halbwertszeit von 4,6 Jahren (P<0.0001), während von 1996 bis 2004, mit der Halbwertszeit von 13,1 Jahren (P= 0,0038) eine deutliche Verlangsamung eintrat. Dieser zeitliche Verlauf der 137Cs Kontamination von Rehen entspricht dem der Nahrungs-pflanzen: Von 1987-2004 betrug die mittlere effektive Halbwertzeit von 137Cs in 7 Äsungspflanzen 6,6 Jahre und stimmt mit den 6,9 Jahren bei Rehen erstaunlich gut überein. Eine mathematische Abschätzung des weiteren Verlaufs der 137Cs Kontamination von Rehwild ergibt, dass ab dem Jahr 2017 etwa 95% der erlegten Tiere weniger als 600 Bqkg-1 Gesamtcäsium haben werden.

 

Radiocäsium Wildschweine

Wildschwein Radiocäsium

Die 137Cs Kontamination von Wildschweinen nahm von 1987 bis 2004, mit einer Halbwertszeit von +78 Jahren, statistisch nicht signifikant, zu. Die mittlere Kontamination betrug 2004 rund 6710 Bq/kg (n=91), 1988 war es 4810 Bq/kg (n=34) in der Frischsubstanz.

Den größten Beitrag zur 137Cs Kontamination steuern die unterirdisch wachsenden Nahrungsbestandteile bei. Als bedeutendste Kontaminationsquelle für Wildschweine müssen Trüffeln angesehen werden, die mit rund 82% den mit Abstand größten Beitrag am 137Cs Input haben. Bei Wildschweinen im Untersuchungsgebiet kann auch in den kommenden zwei Jahrzehnten nicht mit dem Rückgang der Cs-Kontamination gerechnet werden. Lediglich während so genannter Mastjahre ist mit weniger als 600 Bqkg-1 kontaminiertem Wildschweinfleisch zu rechnen. Beispiele aus dem vergangenen Jahr zeigen, dass dann auch in den besonders betroffenen Gebieten geringere Kontaminationen möglich sind. Es wird empfohlen, grundsätzlich jedes erlegte Wildschwein aus dem Untersuchungsgebiet auf die 137Cs Aktivität messen zu lassen.

Die entwickelten radioökologischen Modelle berücksichtigen die dynamischen Prozesse von 137Cs in Boden, Pflanzen und Pilzen und die Nahrungsaufnahme der Wildtiere. Die Modelle enthalten eine detaillierte Beschreibung der Dynamik von 137Cs in den wesent-lichen Kompartimenten Boden und Pflanzen und eine Modellierung der qualitativen und quantitativen Nahrungsgewohnheiten von Reh, Rothirsch und Wildschwein. Die Flüsse zwischen den Kompartimenten werden durch ein System von Differenzialgleichungen beschrieben.

Der Verlauf der 137Cs Aktivität im untersuchten Waldökosystem wird in den nächsten Jahrzehnten besonders von der Migration des Nuklids im Waldboden abhängen. Setzt sich der festgestellte Trend, eine zwar langsame, aber doch kontinuierliche Wanderung des Nuklids in tiefere Mineralbodenschichten fort, so wird auch die 137Cs Aktivität in den relativ hoch kontaminierten Wildschweinen und in vielen Pilzarten langsam abnehmen.