Migration of 137Cs, 90Sr, and 239+240Pu in Mediterranean forests: influence of bioavailability and association with organic acids in soil

Abstract

The understanding of downward migration of anthropogenic radionuclides in soil is a key factor in the assessment of their environmental behavior. There are several factors that can affect this process, such as the radionuclide source, their chemical form, soil and environmental characteristics, etc. Two Mediterranean pinewood ecosystems in Spain, which were affected mainly by global fallout, were selected to assess the migration of 137Cs, 90Sr, and 239+240Pu. Using auxiliary modeling (diffusion–convection equation and compartmental model), it followed from field observations that the migration velocities of 90Sr and 239+240Pu were similar and higher than that of 137Cs. The downward migration of radionuclides can be considered a consequence of their association with soil particles. A sequential speciation procedure also confirmed that 90Sr was the most bioavailable radionuclide followed by 239+240Pu and 137Cs. Although this can explain the different velocity of 90Sr and 137Cs, bioavailability could not explain by itself the similar velocities of 239+240Pu and 90Sr. The presence of organic acids in the soil can also influence the migration of radionuclides attached to them, which decreased in the order: 239+240Pu > 90Sr > 137Cs. Thus, the joint consideration of bioavailable and humic + fulvic acid fractions can explain the observed differences in the downward velocities.

La comprensión de la migración descendente de los radionucleidos antropogénicos en el suelo es un factor clave en la evaluación de su comportamiento medioambiental. Hay varios factores que pueden afectar a este proceso, como la fuente de radionucleidos, su forma química, las características del suelo y del medio ambiente, etc. Para evaluar la migración de 137Cs, 90Sr y 239+240Pu se seleccionaron dos ecosistemas de pinares mediterráneos en España, afectados principalmente por la lluvia radiactiva global. Utilizando modelos auxiliares (ecuación de difusión-convección y modelo compartimental), se dedujo de las observaciones de campo que las velocidades de migración de 90Sr y 239+240Pu eran similares y superiores a las de 137Cs. La migración descendente de los radionucleidos puede considerarse una consecuencia de su asociación con las partículas del suelo. Un procedimiento de especiación secuencial también confirmó que el 90Sr era el radionucleido más biodisponible, seguido del 239+240Pu y el 137Cs. Aunque esto puede explicar la diferente velocidad de 90Sr y 137Cs, la biodisponibilidad no podía explicar por sí misma las velocidades similares de 239+240Pu y 90Sr. La presencia de ácidos orgánicos en el suelo también puede influir en la migración de los radionucleidos unidos a ellos, que disminuyeron en el orden: 239+240Pu > 90Sr > 137Cs. Así pues, la consideración conjunta de las fracciones biodisponibles y de ácidos húmicos + fúlvicos puede explicar las diferencias observadas en las velocidades descendentes.