Quantifying the effects of soil and plant characteristics on radiocaesium uptake: A global perspective

Promovendus/a: Margot Vanheukelom

Promotor(en): Prof. dr. ir. Erik Smolders, Dr. Talal Al Mahaini, Dr.Ir. Lieve Sweeck

Kernenergie neemt wereldwijd toe en is logischerwijs niet zonder milieurisico. Het is daarom van cruciaal belang om de risico's van mogelijke nucleaire ongelukken te evalueren en de impact ervan op de landbouw wereldwijd te beperken. Een groot probleem is radiocesium, een radioactief element dat vrijkomt bij kernongevallen, zoals die in Tsjernobyl en Fukushima. Radiocesium kan de bodem verontreinigen en in de voedselketen terechtkomen doordat het kalium nabootst, een essentiële voedingsstof voor planten. Deze verontreiniging met radiocesium kan tientallen jaren aanhouden vanwege de lange, radioactieve halfwaardetijd van radiocesium. Die bedraagt namelijk 30 jaar. Kleimineralen in de bodem kunnen radiocesium vasthouden, zodat er minder radiocesium van de bodem naar de plant wordt overgedragen. In welke mate radiocesium wordt vastgehouden in de bodem hangt af van het type kleimineraal. Wetenschappers hebben modellen ontwikkeld om de overdracht van radiocesium van de bodem naar eetbare gewassen te berekenen. Deze modellen zijn gekalibreerd aan de hand van gegevens uit de gebieden rond Tsjernobyl en Fukushima. Beide getroffen gebieden hebben bodems met vergelijkbare types kleimineralen. Maar kunnen deze modellen de overdracht van radiocesium voorspellen naar planten vanuit bodems met verschillende mineralogieën overal ter wereld?

Eerst werd er een systematisch onderzoek uitgevoerd, dat een eenduidige databank opleverde over de overdracht van radiocesium van de bodem naar planten die verschillende klimaten en bodems omvatte. De resultaten toonden aan dat bodems uit tropische gebieden onvoldoende vertegenwoordigd waren, maar dat deze bodems een veel hogere radiocesiumoverdracht naar gewassen geven dan bodems uit gematigde gebieden. Dit benadrukt de noodzaak van meer diverse gegevens van bodems uit tropische gebieden. Terwijl traditionele mechanistische modellen goed werkten voor kleine verzamelingen van gegevens, bleken artificiële-intelligentiemodellen effectiever te zijn bij het verwerken van grotere verzamelingen van gegevens. We voerden experimenten uit in een groeikamer om meer inzicht te krijgen in de rol van kleimineralen op de biobeschikbaarheid van radiocesium in de bodem. De resultaten toonden aan dat de beschikbaarheid van radiocesium voor planten meer dan twee orden van grootte varieerde, afhankelijk van de kleimineralogie bij een gelijk kleigehalte. Zo houden bodems uit tropische klimaten met sterk verweerde klei minder radiocesium vast en zorgen lage kaliumgehaltes in deze bodems ervoor dat planten meer radiocesium kunnen opnemen. Deze bevindingen weerleggen eerdere aannames van modellen dat minerale bodems veel minder kwetsbaar zijn dan veenbodems. De resultaten laten ook zien dat bodemmineralogie kan worden geïntegreerd in modellen om de overdracht van radiocesium in bodems over de hele wereld beter te voorspellen. Bodemmineralogie is niet overal even welbekend. Dit onderzoek heeft echter aangetoond dat standaard bodemeigenschappen in combinatie met bodemclassificatie de voorspellingen kunnen verbeteren.