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European Journal of Forest Research

, Volume 131, Issue 5, pp 1585–1599 | Cite as

The vertical distribution of Cs-137 in Bavarian forest soils

  • Jennifer Winkelbauer
  • Jörg Völkel
  • Matthias Leopold
  • Kerstin Hürkamp
  • Rudolf Dehos
Original Paper

Abstract

Persistently high activity concentrations of radioactive Cs-137 (T 1/2 = 30.17 a) in various animals and fruits originating from Bavarian forest ecosystems suggest that the contamination of soils in these ecosystems is still critical even decades after the severe inputs following the Chernobyl nuclear accident. Aware of the fact, that such inputs are a global threat that can re-emerge at any time, a new monitoring network was established in cooperation with the Bavarian State Ministry of the Environment and Public Health, to enhance the value of long-term radioprotection strategies in forests. Based on the investigation of 48 forest sites throughout the entire state territory, the project delivers a total of 889 gamma spectrometric records and demonstrates the current Cs-137 contamination situation of Bavarian forest soils, providing a valuable update on the residual contamination levels and thus a comprehensive inventory for any future radioprotection management. First results of this project are presented hereby. The total Cs-137 areal activity densities in Bavarian forest soils currently vary between 640 and 61,166 Bq m², with the peak areal activity density of each profile being located in the uppermost, humus rich mineral A-horizon in 68 % of all cases. Moreover, the results detect a positive correlation of humus thickness and relative areal Cs-137 activity density in humus horizons (R² = 0.50), validating previous findings on that topic by means of a very comprehensive data set across 2.56 Mio ha forest stands by showing that humus bodies >7.5 cm still contain at least 50 % of the total areal topsoil activity density.

Keywords

Radiocesium Humus Forest soils Forest ecosystems Bavaria 

References

  1. Ad-hoc AG Boden (ed) (2005) Bodenkundliche Kartieranleitung, 5th edn. HannoverGoogle Scholar
  2. Andolina J, Guillitte O (1990) Radiocesium availability and retention sites in forest humus. In: Desmet G, Nassimbeni P, Belli M (eds) Transfer of radionuclides in natural and semi-natural environments. Elsevier, London, New York, pp 135–143Google Scholar
  3. Avila R (2006) Model of the long-term transfer of radionuclides in forests. Technical Report TR-06-08 of the Swedish nuclear fuel and waste management Co. Available via http://193.235.25.3/upload/publications/ pdf/TR-06-08webb.pdf. Accessed 14 Apr 2011
  4. Bayer A, Wirth E, Haubelt R et al (1996) Kontamination und Strahlenexposition in Deutschland nach dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl. In: Bayer A, Kaul A, Reiners C (eds) Zehn Jahre nach Tschernobyl - eine Bilanz. Seminar des Bundesamtes für Strahlenschutz und der Strahlenschutzkommission München, Fischer, Stuttgart, pp 127–152Google Scholar
  5. Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (ed) (2004) Erfolgreich mit der Natur. Ergebnisse der Zweiten Bundeswaldinventur in Bayern. Available via http://www.lwf.bayern.de/veroeffentlichungen/lwf-spezial/02/lwf-spezial_02.pdf. Accessed 14 Apr 2011
  6. Bayerisches Landesamt für Umwelt (ed) (2006) Tschernobyl. Bayern 20 Jahre danach. Available via http://www.lfu.bayern.de/strahlung/fachinformationen/tschernobyl/ doc/tschernobyl.pdf. Accessed 25 Sep 2007
  7. Bayerisches Landesamt für Umwelt (ed) (2011) Aktivitätsgehalte von bayerischen Umweltproben. HTML-Abfrage. Available via http://www.lfu.bayern.de/strahlung/strahlenschutzvorsorge/imis/umweltproben/index.htm. Accessed 24 May 2011
  8. Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft (ed) (1999) Mittlerer Jahresniederschlag Periode 1961–1990. Karten zur Wasserwirtschaft. Hydrologische Planungsgrundlagen. Available via http://www.lfu.bayern.de/wasser/wasser_kreislauf_bilanzen/doc/niederschlag_a0.pdf. Accessed 14 Apr 2011
  9. Bundesministerium für Justiz (ed) (2006) Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum integrierten Mess- und Informationssystem zur Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt (IMIS) nach dem Strahlenschutzvorsorgegesetz. In: Bundesanzeiger Vol 244aGoogle Scholar
  10. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (ed) (2006) Messanleitung für die Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt und zur Erfassung radioaktiver Emissionen aus kerntechnischen Anlagen. F-γ-SPEKTBODEN-01-01. Verfahren zur gammaspektometrischen Bestimmung von Radionukliden in Bodenproben, MünchenGoogle Scholar
  11. Bunzl K (2002) Transport of fallout radiocesium in the soil by bioturbation: a random walk model and application to a forest soil with a high abundance of earthworms. Sci Total Environ 293:191–200PubMedCrossRefGoogle Scholar
  12. Calmon P, Thiry Y, Zibold G et al (2009) Transfer parameter values in temperate forest ecosystems: a review. J Environ Radioact 100:757–766PubMedCrossRefGoogle Scholar
  13. deKoning A, Konoplev AV, Comans RN (2007) Measuring the specific caesium sorption capacity of soils, sediments and clay minerals. Appl Geochem 22:219–229CrossRefGoogle Scholar
  14. Dowdall M, Standring W, Shaw G et al (2008) Will global warming affect soil-to-plant transfer of radionuclides? J Environ Radioact 99:1736–1745PubMedCrossRefGoogle Scholar
  15. Hird AB, Rimmer DL, Livens FR (1996) Factors affecting the sorption and fixation of caesium in acid organic soil. Eur J Soil Sci 47:97–104CrossRefGoogle Scholar
  16. Hohmann U, Huckschlag D (2005) Investigations on the radiocaesium contamination of wild boar (sus scrofa) meat in Rhineland-Palatinate. A stomach content analysis. Eur J Wildl Res 51:263–270CrossRefGoogle Scholar
  17. Jonek M, Hangen E, Walter M et al. (2006) Wissenschaftliche Grundlagen für den Vollzug der Bodenschutzgesetze in Bayern (GRABEN). Konzeption, Durchführung, Ergebnisse. In: Jonek M (ed) Bodenschutz-die europäische Dimension. Tagungsband der 4. Marktredwitzer Bodenschutztage, Marktredwitz, pp 54–60Google Scholar
  18. Karadeniz Ö, Yaprak G (2008) Geographical and vertical distribution of radiocesium levels in coniferous forest soils in Izmir. J Radioanal Nucl Ch 277:567–577CrossRefGoogle Scholar
  19. Karadeniz Ö, Yaprak G (2010) 137Cs, 40K, alkali–alkaline earth element and heavy metal concentrations in wild mushrooms from Turkey. J Radioanal Nucl Ch 285:611–619CrossRefGoogle Scholar
  20. Konopleva I, Klemt E, Konoplev A et al (2009) Migration and bioavailability of 137Cs in forest soil of southern Germany. J Environ Radioact 100:315–321PubMedCrossRefGoogle Scholar
  21. Kruse-Irmer S, Giani L (2003) Vertical distribution and bioavailability of 137Cs in organic and mineral soils. J Plant Nutr Soil Sci 166:635–641CrossRefGoogle Scholar
  22. Kruyts N, Delvaux B (2002) Soil organic horizons as a major source for radiocesium biorecycling in forest ecosystems. J Environ Radioact 58:175–190PubMedCrossRefGoogle Scholar
  23. Maes A, Iserentant A, Herbauts J et al (1999) Influence of the nature of clay minerals on the fixation of radiocaesium traces in an acid brown earth-podzol weathering sequence. Eur J Soil Sci 50:117–125CrossRefGoogle Scholar
  24. Matisoff G, Ketterer ME, Rosén K et al (2011) Downward migration of Chernobyl-derived radionuclides in soils in Poland and Sweden. Appl Geochem 26:105–115CrossRefGoogle Scholar
  25. Mietelski JW, Dubchak S, Blazej S et al (2010) 137Cs and 40K in fruiting bodies of different fungal species collected in a single forest in southern Poland. J Environ Radioact 101:706–711PubMedCrossRefGoogle Scholar
  26. Navas A, Gaspar L, López-Vicente M et al (2011) Spatial distribution of natural and artificial radionuclides at the catchment scale (South Central Pyrenees). Radiat Meas 46:261–269CrossRefGoogle Scholar
  27. Pröhl G (2003) Radioactivity in the terrestrial environment. In: Scott EM (ed) Modelling radioactivity in the environment. Elsevier, Oxford, pp 87–109CrossRefGoogle Scholar
  28. Rehfuess KE (1990) Waldböden. Entwicklung, Eigenschaften, Nutzung. Parey, Hamburg/BerlinGoogle Scholar
  29. Riesen TK (2002) Radiocaesium in forests. A review on most recent research. Environ Rev 10:79–90CrossRefGoogle Scholar
  30. Schaller G, Leising CH, Krestel R et al. (1990) Cäsium- und Kalium-Aufnahme durch Pflanzen aus Böden. In: ISH-Berichte Vol 146Google Scholar
  31. Schilling B, Hammerl J, Holzner G et al. (2005) Monitoring der Radioaktivität im Boden. Veränderungen zwischen 1990 und 2003. In: Fachberichte des Bayerischen Landesamtes für Umwelt Vol 22+23, pp 1–57Google Scholar
  32. Schimmack W, Bunzl K, Dietl F et al (1994) Infiltration of radionuclides with low mobility (137Cs and 60Co) into a forest soil. Effect of the irrigation intensity. J Environ Radioact 24:53–63CrossRefGoogle Scholar
  33. Shaw G, Bell JN (1994) Plants and radionuclides. In: Farago ME (ed) Plants and chemical elements. Biochemistry, uptake, tolerance and toxicity. VCH, Weinheim, pp 179–220Google Scholar
  34. Shcheglov AI, Tsvetnova OB, Klyashtorin AL (2001) Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems. Nauka, MoskauGoogle Scholar
  35. Strebl F, Gerzabek MH, Bossew P et al (1999) Distribution of radiocesium in an Austrian forest stand. Sci Total Environ 226:75–83PubMedCrossRefGoogle Scholar
  36. Tegen I, Dörr H, Münnich KO (1991) Laboratory experiments to investigate the influence of microbial activity on the migration of cesium in a forest soil. Water Air Soil Poll. 57(58):441–447CrossRefGoogle Scholar
  37. Umweltministerium Baden-Württemberg (ed) (1995) Bewertung von Böden nach ihrer Leistungsfähigkeit. In: Leitfaden für Planung und Gestattungsverfahren Vol 31Google Scholar
  38. vanVoris P, Cowan C, Cataldo DA et al (1990) Chernobyl case study. Modeling the dynamics of long-term cycling and storage of 137Cs in forested ecosystems. In: Desmet G, Nassimbeni P, Belli M (eds) Transfer of radionuclides in natural and semi-natural environments. Elsevier, London/New York, pp 61–74Google Scholar
  39. Völkel J (1998) Tschernobyl-Cäsium in Böden von Stadt- und Waldökosystemen. In: Frühauf M, Hardenbicker U (eds) Geowissenschaftliche Umweltforschung im mitteldeutschen Raum, Halle, pp 191–197Google Scholar
  40. Völkel J (2002) Bioverfügbarkeit von Radiocäsium in unterschiedlichen naturräumlichen Einheiten Bayerns. In: Regensburger Beiträge zur Bodenkunde, Landschaftsökologie und Quartärforschung (BOLAQ) Vol 1. Available via https://mediatum2.ub.tum.de/doc/634400/634400.pdf. Accessed 29 Nov 2007
  41. Völkel J, Leopold M (2006) Standortvariabilität von Radiocäsium in Böden. In: Regensburger Beiträge zur Bodenkunde, Landschaftsökologie und Quartärforschung (BOLAQ) Vol 10. Available via https://mediatum2.ub.tum.de/doc/634399/634399.pdf. Accessed 28 Nov 2007
  42. Völkel J, Hürkamp K, Leopold M et al. (2009) Monitoring zur Standortvariabilität von Radiocäsium in Böden. Abschlussbericht. In: Beiträge zur Bodenkunde, Landschaftsökologie und Quartärforschung (BOLAQ) Vol 15. Available via http://mediatum2.ub.tum.de/node?id=982527. Accessed 16 Jul 2010
  43. Winkelbauer J (2008) Monitoringflächen in Waldökosystemen Bayerns zur Überwachung anthropogen induzierter Radionuklid-Aktivitäten am Beispiel von Radiocäsium. GIS-gestützte Konzeptionierung und deren Umsetzung anhand zweier Praxisbeispiele. In: Beiträge zur Bodenkunde, Landschaftsökologie und Quartärforschung (BOLAQ) Vol 14. Available https://mediatum2.ub.tum.de/node?id=982563. Accessed 16 Jul 2010
  44. Winkelmann I, Endrulat HJ, Fouasnon S et al. (1986) Ergebnisse von Radioaktivitätsmessungen nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl. In: ISH-Heft Vol 99Google Scholar
  45. Wittmann O (1991) Standortkundliche Landschaftsgliederung von Bayern. Übersichtskarte 1:1000000. GLA Fachberichte Vol 5. Verlag Bayerisches Geologisches Landesamt, MünchenGoogle Scholar
  46. Zhiyanski M, Sokolovska M, Bech J et al (2008) Cs-137 distribution in forest floor and surface soil layers from two mountainous regions in Bulgaria. J Geochem Explor 96:256–266CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2012

Authors and Affiliations

  • Jennifer Winkelbauer
    • 1
  • Jörg Völkel
    • 1
  • Matthias Leopold
    • 1
  • Kerstin Hürkamp
    • 2
  • Rudolf Dehos
    • 3
  1. 1.Department of Geomorphology and Soil ScienceTechnische Universität MünchenFreising-WeihenstephanGermany
  2. 2.Institute of Radiation Protection, Helmholtz-Zentrum MünchenGerman Research Center for Environmental HealthMünchen-NeuherbergGermany
  3. 3.Department of Radioprotection and RadioecologyBavarian State Ministry of the Environment and Public HealthMunichGermany

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