Bodenproben – Theorie, Methoden, Techniken, Bodenprobennehmer zur Beprobung von Böden

Entnahme von Bodenproben für die Aktivitätsbestimmung von Radionukliden

Die Entnahme von Bodenproben zur Analyse auf Radionuklide kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Die Wahl der verwendeten Technike ist dabei von der Fragestellung der Umweltanalyse abhängig: Soll die Aktivität bezogen auf die Bodenmasse oder die Bodenfläche bzw. das Bodenvolumen ermittelt werden.
Wichtig ist auch der Bodentyp: Handelt es sich um Wald-, Weide- und Ackerböden. Welche Bodenprobennehmer sind geeignet?

Ackerböden sind durch regelmäßiges bearbeiten, zumindest bis in Pflugschartiefe, relativ homogene Böden. Weideböden zeigen dagegen eine Schichtung (Streu und Wurzelschichten etc.). Die meisten Waldböden setzen sich aus verschiedenen Bodenlagen, den Horizonten zusammen.

Da sich Radionuklide sich in den verschiedenen Bodenkompartimenten unterschiedlich verhalten, muss dies bei einer Bodenproben Entnahme entsprechend berücksichtigt werden. Auch der Zeitpunkt der Deposition sollte bei der Planung der Beprobung berücksichtigt werden und zu welchem Zweck Bodenproben entnommen werden sollen. So ist zu unterscheiden, ob die Aktivitäts-Messwerte für Auswertungen in der Forschung oder beispielsweise für das Integrierten Mess- und Informationssystem (IMIS) erhoben werden.

Für die Aufnahme von Zeitreihen werden Böden auf Dauerprobeflächen beprobt.

Bodenprobennehmer

Die Entnahme von Bodenproben kann mit verschiedenen Werkzeugen durchgeführt werden. Gängig sind Spaten, Stecheisen, Stechzylinder und Bohrstöcke. Welches Gerät zum Einsatz kommt, hängt von der Fragestellung ab. Wir verwenden immer einen Bohrstock.

Zur Ermittlung der spezifischen Aktivität kann als Bodenprobennehmer ein Spaten verwendet werden. Als Ergebnis wird die Aktivität in Becquerel pro Kilogramm (Bq/kg) angegeben.

Aufwändiger ist die flächenrepräsentative Bodenbeprobung. Ziel ist dabei, die Aktivität eines Nuklids pro Quadratmeter Boden zu ermitteln. Die Aktivität wird dann in Becquerel pro Quadratmeter (Bq/m²) angegeben.

In der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum IMIS steht dazu:

„3.3.1.4 Boden
Die Entnahmestellen für Bodenproben sollen in erster Linie die wichtigsten Bodenarten und Bodentypen (mit höheren Flächenanteilen), die landwirtschaftlich genutzt werden, erfassen. Bodenproben sind jeweils am selben Ort auf festgelegten, kartierten Flächen einmal jährlich zu entnehmen. Die angegebenen Probenanzahlen sind je zur Hälfte auf bearbeiteten Flächen (Äckern) und unbear-beiteten Flächen (Dauerweiden) zu entnehmen. Von den Proben, die für Dauerweideböden vorgesehen sind, können bis zu 20 % von Waldböden entnommen werden.
Die Anzahl der Probenentnahmestellen orientiert sich am Flächenanteil des jeweiligen Landes. Für die Stadtstaaten und das Saarland ist eine Mindestanzahl von Probenentnahmen vorgesehen (siehe Anlage 8).“

Waldböden haben eine Sonderstellung

Im Gegensatz zu den relativ homogenen Ackerböden sind Waldböden komplexer aufgebaut. Ja nach der radioökologischen Fragestellung sind hier verschiedene Methoden der Beprobung zielführend.

Aktivität pro Quadratmeter Boden

Um die Flächenaktivität eines Nuklids zu bestimmen, reicht es aus, mit einem volumenbezogenen Entnahmegerät den Boden bis zu einer Bodentiefe von 30 cm zu entnehmen. Wird ein Bohrstock verwendet, kann der gesamte Bohrkern ohne Unterteilungen verwendet werden.

Tiefenverteilung

Zur Analyse wie sich Radionuklide vertikal in Waldböden verhalten ist eine Probenahme in Stufen notwendig. Es bestehen dabei diese zwei Möglichkeiten:

1. Die einzelnen Horizonte werden als Schichten volumenecht beprobt. Diese Methode wird oft angewandt, wenn die Migration in den einzelnen Auflagehumus-Horizonten und dem darunter befindlichen A-Horizont detailliert getrennt untersucht werden soll. Damit sind auch Aussagen über Migrationsbarrieren zwischen den Horizonten möglich.
Der Nachteil dieser Entnahmemethode ist die schlechte Vergleichbarkeit zwischen den Ergebnissen von verschiedenen Standorten mit unterschiedlich mächtigen Horizonten.

2. Die Probeentnahme erfolgt volumenecht in konstanten Schichten. Beispielsweise in 2 cm Schichten, oder 5 cm Schichten. Der Vorteil dieser Methode ist die ist gute Vergleichbarkeit von Tiefenverteilungen jedweder Standorte, was auch grafisch sehr gut zum Ausdruck kommt. Der Nachteil ist die geringe Aussagekraft zu Vorgängen beim Übergang zum nächsten Bodenhorizont.

Bei den eigenen Untersuchungen zur Migration von Cäsium 137 und Kalium 40 haben wir einen Bohrstock verwendet und den Bohrkern in 2 cm Schichfolgen getrennt.

Literatur

Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft – Waldzustandserhebung