The transfer of 137Cs through the soil-plant-sheep food chain in different pasture ecosystems

Abstract

Cesium 137 viipyy kauemmin luonnon kuin maatalouden ravintoketjuissa. Tshernobylin reaktorionnettomuuden jälkeen havaittiin, että cesiumia kulkeutui Iso-Britannian karuilla nummilla ja Norjan ja Ruotsin tunturiniityillä kasveihin ja lampaaseen enemmän kuin oli aikaisemmin otaksuttu, ja että cesiumin määrä väheni niissä hitaammin. Cesiumia on liukoisessa muodossa myös pohjoisten havumetsien humuskerroksessa, josta se vuosittain yhä uudelleen kulkeutuu kasveihin ja niitä ravinnokseen käyttäviin eläimiin. Metsäekosysteemissä 137 Cs-määrän katsotaankin vähenevän melkein yksinomaan radioaktiivisen hajoamisen kautta. Luonnontilaisille, karuille kasvupaikoille on usein ominaista korkea humuspitoisuus, alhainen pH, liukoisen kaliumin ja kalsiumin vähäisyys ja saveksen puuttuminen. Näiden maaperän ominaisuuksien on todettu lisäävän juurten kautta kulkeutuvan cesiumin pitoisuutta kasveissa savesta lukuunottamatta, joka estää kulkeutumista. Luonnonlaitumien ja viljelyyn soveltumattomien alueiden käyttö lammaslaitumina on viime vuosina lisääntynyt. Tutkimuksen tarkoituksena oli hankkia lisätietoa ydinlaskeuman lammastaloudelle aiheuttamien ongelmien ratkaisemiseksi. Radiocesiumin kulkeutumista maa-ruoho-lammas -ravintoketjussa tutkittiin neljänä vuonna metsä-, kesanto- ja viljelylaitumella, jotka sijaitsivat savimaalla. Laidunkausi kesti toukokuun lopusta melkein syys-kuun loppuun, jolloin lampaat teurastettiin. Maa- ja kasvinäytteet otettiin laitumilta syyskuun alussa. Metsä- ja kesantolaitumella seurattiin kolmen vuoden ajan kasvillisuuden 137 Cs-aktiivisuuspitoisuuden vaihtelua kasvukauden aikana ottamalla kasvinäytteitä kahden viikon välein. Lisäksi tutkittiin cesiumin kulkeutumista maasta kasviin kahdella puoliluonnonniityllä, jotka sijaitsivat karkealla hietamaalla. Radiocesiumia kulkeutui ruohoon ja lampaaseen huomattavasti enemmän metsälaitumelta kuin kesantolaitumelta, vähäisintä kulkeutuminen oli viljelylaitumelta. Cesium 137:n keskimääräiset maa-kasvi siirtokertoimet metsä-, kesanto- ja viljelylaitumella viimeisellä laidunkaudella olivat 1,78, 0,36 ja 0,09 ja vastaavat maa-liha siirtokertoimet 11,0, 0,28 ja 0,03. Siirtokertoimissa havaittujen eri laidunten välisten erojen katsottiin johtuvan metsälaidunmaan runsaammasta orgaanisen aineksen määrästä, alemmasta pH:sta, vähäisemmästä liukoisen kaliumin ja kalsiumin määrästä muihin laitumiin verrattuna. Viljelylaidunmaan liukoisen kaliumin pitoisuus oli selvästi muita laidunmaita korkeampi. Säätekijöiden vaikutus näkyi kasvien ja eläinten 137 Cs-aktiivisuuspitoisuuden vuosittaisena vaihteluna. Putkilokasvien 137 Cs-pitoisuuteen vaikuttivat laiduntyypin ja sääolojen lisäksi kasvien kehitysvaihe ja 137 Cs:n epätasainen jakautuminen pintamaassa. Koska putkilokasvilajien väliset erot cesiumpitoisuudessa johtuivat monista tekijöistä, itse kasvilajista mahdollisesti aiheutuneet erot peittyivät muun vaihtelun alle. Sammalien ja jäkälien 137 Cs-pitoisuudet olivat useimmiten selvästi putkilokasveja suurempia. Yli 90 % radiocesiumista sijaitsi metsä- ja kesantolaidunmaan pintakerroksessa, 0-5 cm syvyydessä, josta sen ei todettu kulkeutuvan alaspäin 4 tutkimusvuoden aikana. Tämän tutkimuksen 137 Cs- siirtokertoimet maa-ruoho- lammas -ketjussa pätevät savimailla oleviin laitumiin. Karkeilla kivennäismailla, joilla luonnonlaitumet usein sijaitsevat, cesiumin maakasvi siirtokertoimet ovat yleensä savimaita korkeampia. Paitsi maalajista tämä johtuu karkeiden kivennäismaiden savimaita pienemmästä kaliumpitoisuudesta. Karkealla hietamaalla sijainneen kahden niityn erot 137 Cs:n maa-kasvi siirtokertoimissa katsottiin johtuvan suureksi osaksi niiden maaperän liukoisen kaliumin pitoisuuseroista. Siirtokerroin oli pienempi niityllä, jonka maaperässä oli enemmän liukoista kaliumia.

A grazing experiment with sheep was carried out in 1990-1993 on natural, semi-natural and cultivated pasture on clay soil. The pastures were located in Southern Finland and were moderately contaminated with 137 Cs by Chernobyl fallout. Natural pasture refers to forest pasture and semi-natural pasture to set-aside field pasture, the latter having been under cultivation about 15 years ago. The transfer of 137 Cs to sheep was clearly higher from forest pasture than from the other two pastures and it was lowest from cultivated pasture. The transfer was higher to muscle and kidney than to liver and heart. The transfer of 137 Cs to plants and to meat varied with years. Seasonal variation in the plant 137 Cs was followed-up on forest and set-aside field pasture; the activity concentration of plants reached a maximum in June, a lesser increase occurred later in the autumn. In 1993, which was considered an average year with respect to 137 Cs transfer to plants, the mean soil-plant transfer factors of 137 Cs for forest, set-aside field and cultivated pastures were 1.78, 0.36 and 0.09, and soil-meat aggregated transfer factors 11.0, 0.28 and 0.03, respectively.