PART I
TECHNICAL AND REVIEW PAPERS (Contd.)

RECREATIONAL EXPLOITATION OF THE ATLANTIC SALMON IN THE RIVER WYE

A. S. Gee and R. W. Edwards

Department of Applied Biology, UWIST, Cardiff, CF1 3NU, Wales, U.K.

ABSTRACT

The effects of angling on the abundance and composition of the stock of Atlantic salmon in the River Wye are assessed in relation to recent ecological and economic studies within the catchment. The importance of salmon as a recreational resource is emphasized by the results of a questionnaire survey which suggests that the total expenditure on salmon angling in the River Wye exceeds £.Stg. 800 per fish, compared with a commercial value of only £.Stg. 36. The stocks of the river recovered in the early decades of this century following control of river and estuary netting which had led to overexploitation in the late nineteenth century. In more recent decades the average weight and sea age of salmon caught in both rod and restricted net fisheries have decreased. Rod fishing effort, as reflected by the number of annual licences purchased, remained relatively low and constant between 1913 and 1945, but has subsequently increased nearly seven-fold. The resulting catch per unit effort (cpue) of 3 and 4 sea winter (s.w.) salmon has decreased markedly whilst that of 2 s.w. salmon has not changed significantly. The cpue of 1 s.w. fish, in contrast, has increased in recent years. These changes in the composition of the stock are consistent with overexploitation of larger salmon (which migrate to the river early in the season) by rod fishing, though other forms of exploitation may play a role. A simulation model, in which the time salmon spend at sea is given a genetic basis, and exploitation in the river is assumed greatest for the oldest fish, gives results similar to those observed in nature. If the quality of the Wye fishery is to be restored, escapement of large fish must be increased. Strategies for accomplishing this are suggested.

RÉSUMÉ

Les effets de la pêche à la ligne sur l'abondance et la composition du stock de saumons de l'Atlantique dans le fleuve Wye sont évalués en tenant compte des récentes études écologiques et économiques sur le bassin de ce fleuve. L'importance du saumon comme resource récréative est mise en relief par les responses à un questionnaire: les dépenses totales pour la pêche à la ligne du saumon dans le fleuve Wye dépassent apparemment 800 livres par poisson, alors que la valeur commerciale de ces poissons n'est que de 36 livres. Les stocks de ce fleuve se sont reconstitués pendant les premières décennies du siècle à la suite de la réglementation de la pêche au filet pratiquée dans le fleuve et son estuaire, qui avait entraîné la surexploitation à la fin du dixneuvième siècle. Plus récemment, le poids moyen et l'âge de vie en mer des saumons capturés tant à la ligne qu'au filet dans le poids moyen et l'âge de view en mer des saumons capturés tant à la ligne qu'au filet dans le respect des règlements, ont baissé. L'effort de pêche à la ligne, connu d'après le nombre de permis annuels achetés, est resté relativement faible et constant entre 1913 et 1945, mais il s'est pratiquement multiplié par sept depuis lors. Les captures par unité d'effort (CPUE) des saumons ayant 3 et 4 hivers de mer ont nettement diminué alors que celles de saumons de 2 ans n'ont pas changé de façon significative. Les CPUE pour les poissons de 1 an, au contraire, ont augmenté ces dernières années. Cette évolution du stock est due au fait qu'une proportion excessive des saumons de grande taille (qui migrent vers le fleuve au début de la saison) sont pêchés à la ligne, même si d'autres formes d'exploitation peuvent jouer également. Dans un modèle de simulation sur ordinateur du cycle biologique des saumons, pour lesquels le temps passé en mer est déterminé en partie génétiquement, l'exploitation agissant de façon sélective sur les saumons ayant passé un plus long temps en mer, donne des résultats semblables à ceux qui ont été observés dans le stock naturel. En conclusion, pour que le Wye redevienne un lieu de pêche renommé pour ses poissons de grande taille, il faut favoriser le retour des gros poissons vers les frayères. Les auteurs envisagent diverses stratégies à cet effect.

INTRODUCTION

The River Wye which rises in mid-Wales and flows to the Bristol Channel is 250 km in length and has a catchment area of 4 200 km². It is generally regarded as one of the best salmon rivers in the U.K., having the highest average rod catch in England and Wales (about 5 500 fish annually). Although its brown trout (Salmo trutta) populations are not exceptional, it contains high densities and large specimens of several species of coarse fish in the lower reaches, particularly chub (Leuciscus cephalus), dace (Leuciscus leuciscus) and pike (Esox lucius). During the period 1975–1979 a program of research was undertaken to establish the existing ecology of the river, including that of its fish populations, and to indicate the likely response of the system to changes in the flow regime by regulation following additional impoundment in the upper catchment. This paper provides an opportunity to summarize certain of these studies connected primarily with the Atlantic salmon (Salmo salar) linking them with earlier investigations concerning economic aspects of sport fishing within the catchment.

ECONOMIC VALUE OF SPORT FISHING

In a study made during the period April 1973-April 1974, based on mail questionnaires (Randerson et al. 1977) it was estimated that there were annually about 743 700 angler visits to the river catchment, each angler making about 21 visits within the year. Of these angler visits, only about 11% involved overnight stays costing approximately £280 000 annually. In contrast with some other catchments studied where about 50% of the licence holders were less than 24 years old, in the Wye only about 25% were below this age.

Table 1 shows the expenditure of licence-holders within the area. Each licence-holder spends on average £88,3 annually on club membership, specialist literature and tackle-clothing replacement. Anglers licenced to fish for salmon in the River Wye are also entitled to fish in other Welsh rivers, and as only 44% of visits of anglers possessing licences are within the catchment then only £38,9 of this annual expenditure may be attributed to fishing within the area; this is equivalent for all anglers to a total cost of £1,38 million. In contrast, licence fees to the Water Authority amount to only £120 000. These two categories of expenditure are much lower than that which may be allocated specifically to visits (entrance fees to sites, food, bait, travel) of £11 million expenditure on site access and bait represents about 50% of this total. Thus if one uses total expenditure as an expression of value then the annual value of the Wye sports fisheries is about £12,5 million. The data have not been analysed to assess the fractions of this total expenditure attributable to salmon, trout and coarse fish angling, and indeed these activities are not exclusive, but in view of the large number of coarse fish anglers using the river and the high proportion of expenditure attributable directly to visits, then it seems likely that this form of angling could contribute up to 50% of this expenditure.

Table 1. Expenditure incurred by anglers on the River Wye (adjusted to prices in September 1979).

At one site with a high visitation rate, an estimate of projected demand was made using the now classical methods described by Clawson and Knetsch (1966). This site had an estimated consumer surplus of only 8% or £120 000 over the actual annual expenditure of anglers at this site (£1,52 million). There were special features of this site which depressed its consumer surplus but, applied to the whole river, this proportional surplus would increase the value to £13,5 million.

In addition to sport fishing, there is also an estuary net fishery for salmon owned by the Water Authority which catches about 1 400 fish annually, commercially worth £30 000 or about £36 per fish. This is in marked contrast to the value, expressed as the cost to the sport fisherman of salmon caught on the rod of £736 per fish (assuming an annual catch of 5 500 fish is represented by 30% of the total expenditure of the sport fishery, i.e., £13,5 million).

CHANGES IN THE SALMON FISHERY

During the latter half of the 19th century massive exploitation of salmon, not only by the widespread netting of adults in the main river but also by the capture of juveniles throughout the catchment and heavy poaching of adults in the headwaters, caused a rapid decline of stocks.

The extent of the decline is shown by the records of one family of netsmen in the lower reaches: in 1862 they killed 12 000 fish but by 1900 this catch was reduced to 3 000. The almost valueless netting rights were purchased cheaply by the Wye Fisheries Association which recovered its expenses by leasing rod fishing. In 1901 the netting of fish was prohibited within the river and this was followed by a 3-year netting moratorium in the estuary too. The salmon stock gradually recovered and a spring run was established in 1904–1905. Since then the netting rights of the river and estuary have been acquired by the agency managing or protecting fisheries, now the Welsh Water Authority.

Although there were no reliable catch statistics before 1905 anecdotal evidence suggests that in the late 19th century salmon were small and ascended the river mainly in the summer and autumn. Since 1905 catches by rods (season from January to September on main river) and nets (season usually February to August) have been recorded in weight categories which facilitate the separation of catch into classes based on the number of winters spent at sea <3,2 kg (1SW), 3,2–6,8 kg (2SW), 6,8–13,6 kg (3SW), >13,6 kg (4SW). There is evidence of decrease in the growth rate at sea over the past 70 years of salmon older than 1SW, but correction for this in converting the above weight categories into sea-age has only a marginal effect on the conclusions and has been omitted from the following summary of the analysis of catch statistics by Gee and Milner (1980).

Fig. 1 shows the total catches of both rod and net fisheries since 1905. The decline in net catches since 1940 has been compensated by an increase in rod catches, thus sustaining the mean total catch within wide yearly fluctuations at about 6 800.

The correlation between annual catches by nets and rods over the period 1907–1977 was investigated for grilse (1SW), 2SW and 3SW salmon separately. Positive and significant correlations were established for grilse and 3SW fish, suggesting that there is no immediate antagonistic effect between the two fisheries.

The average weight of salmon in both fisheries has decreased since about 1930, average net caught weights being consistently lower than rod caught weights over this period. This change in average weight is reflected in the age composition of the catch, there being a proportional increase in 1SW and 2SW fish. Before 1945 3SW was the dominant age class of the rod fishery, forming 60–65% of the catch but since 1945 1SW and 2SW salmon have increased and now form about 20% and 60% of the catch respectively. As well as 3SW and 4SW fish, previous spawners have proportionally decreased from 7,6 to 1,6% of the catch.

There is a marked seasonal separation in the rod catches of the different sea-age groups. The medium capture date of 4SW salmon is 30 March whilst that for grilse is 24 August. 2SW and 3SW fish have intermediate median capture dates of 15 May and 9 April respectively. The median capture date of previous spawners is 28 April.

In assessing the changes in catch per unit effort since 1909, analysis has been restricted to the rod fishery for which relatively good data are available through licence numbers. Although several types of rod licence (from day to season) have been issued, seasonal licences have persistently dominated the total effort and it is assumed that their number is proportional to total effort. Estimates of effort in the estuary net fishery are less certain and recent studies, involving the tagging of salmon caught in the nets and then released, suggest that some of the fish may not be Wye stock but destined for other rivers. Consideration of this fishery has therefore been omitted.

Rod effort remained relatively constant between 1913 and 1945 at about 200 licences but since 1945 it has increased steadily to about 1300 (Fig. 2). Catch per unit effort (CPUE) of different weight categories has shown wide variation but a clear pattern emerges; the annual catch per licence of 3 and 4SW fish has declined markedly from about 7 in the early decades of this century to less than 2, whereas that of 1SW and 2SW fish has remained relatively constant at 3-4.

From the relationship between catch of the different weight categories and fishing effort (Fig. 3) it is possible to estimate the number of fish (N) in these categories entering the river and their exploitation rates (u) (Ricker 1975), assuming no other major sources of mortality occur within the fishing season. Table 2 shows values of N and u for the minimum and maximum fishing efforts, equivalent to 200 and 1300 annual licences. The rates of exploitation have increased with increasing effort for all weight groups less than 9,1 kg. The graphs of catch against effort (Fig. 3) for salmon greater than 9,1 kg indicate, with increasing effort, an early and rapid increase in catch followed by a generally lower catch which is independent of effort—suggesting that above about 300 licences, most of the salmon above 9,1 kg are taken by the rods. Assuming the exploitation rate of salmon less than 3,2 kg is not greater than 0,1 then the overall exploitation rate for all available salmon has increased from 0,25 (1925–1934) with 200 licences to 0,47 (1965–1974) with 1 300 licences.

Fig. 1. Annual catches by rods and nets of salmon in sea-age groups by weight. Note the different ordinate scales. Prior to 1915 the grilse component in the rod returns was classified as <4,5 kg; this weight group was retained in the net returns until 1916.

Some of the changes in age composition of the Wye salmon stock are similar to those of other rivers in the U.K., particularly the apparent decline of grilse runs at the beginning of this century and their increase since the 1950's. However, unlike several other rivers, particularly in Scotland and Ireland, the Wye has not had very high grilse catches in this century, the highest in 1974 representing 25% of the total catch; this high catch could have been due to early entry rather than age-class strength. Some authors (Hutton 1949; Kerswill 1955) have also demonstrated that fluctuations in abundance of salmon on both sides of the North Atlantic are correlated and probably influenced by common environmental conditions. These fluctuations have a periodicity of about 10 years, however, and Ricker (1954) showed that where stock recruitment is bell-shaped, implying stock-dependent mortality, then population abundance will fluctuate with a periodicity of twice the mean generation time (5 years for Atlantic salmon). Such a bell-shaped curve has now been demonstrated on the Wye for the relationships between presmolt parr abundance and the density of fry soon after hatching (Gee et al. 1978).

Fig. 2. Rod catch weight per whole-season licence for sea-age groups, and annual licences.

Table 2. The number of salmon entering the river (N) and the exploitation rate (u) by rod proportional to 200 and 1 300 annual licences.

* u cannot be calculated; assumed <0.1
** u cannot be calculated; assumed ≤1.0

Although recorded changes in the relative abundance of sea-age groups may reflect long-term trends in response to general environmental variation, the effect of exploitation may be very important. On the Wye present analyses suggest that very few salmon heavier than 9.1 kg (3SW-4SW) escape to spawn and that the spawning stock is composed principally of small fish which enter late in the year and are thus not exposed to high exploitation. The effect of differential exploitation on different sea-age groups has been described for the Miramichi River (Elson 1973; Ruggles and Turner 1973) where the grilse: salmon ratio has increased from 3,5 (pre 1960) to 19,0 (1964–1971).

Elson (1973) claimed that if there is a genetic basis to the duration of sea-absence then fisheries which selected large salmon pose a threat in increasing the proportion of grilse in the population. There is now some evidence for this genetic basis (Gardner 1976) although the relative importance of parent age-composition and environmental factors on the sea-age composition of returning progeny is not established. Changes in the escapment of large fish, because of their greater fecundity, could have a profound effect on the gene pool.

The changes in the age composition of salmon catches are consistent with the over-exploitation of the large fish (3SW and 4SW) which move into the river early in the fishing season and the under-exploitation of the smaller fish, particularly grilse, which migrate into the river later in the year.

COMPUTER SIMULATION OF CHANGES IN SALMON STOCKS

A computer simulation model (Gee and Radford, in prep.) has been developed which can explore the impact of changes in mortality rates (including fishery exploitation) at different life-history stages on stock abundance and composition. The influence of genetic influences on size composition of the stock, operating through sea-absence, may also be assessed. The model calculates the number of survivors from a time series of six cohorts at various stages through the life-cycle to spawning, each chort having members spending one, two or three years at sea (4SW and previous spawners, being few, are omitted).

The size of each cohort is determined by the number and size distribution of the parent stock of spawners. A sex ratio of unity and fecundity of 1 650 eggs kg^-1 are assumed. Survival in early stages of development (egg to fry on 1st June) is assumed to be 23%, intermediate between the medium and high survival rates of Symons (1979).

Gee et al. (1978) suggested that, in the R. Wye, the relationship between abundance of pre-smolts (N_t) and fry of the same cohort (N_j) on 1st June in area A_j could be described by

N_t = N_j exp[ - (a + b (N_j / A_j) t]

mortality being thus both compensatory and stock-dependent. This is identical in structure to the generalised reproduction relationship proposed by Ricker (1954). In the model, values for the coefficients a and b of 0,0029 and 0,0021, derived for the 1975 cohort on the Wye, have been taken.

Mortality rates at sea have been chosen which generally agree with tagging returns for wild British smolts (Shearer 1970; Mills and Shackley 1971) and are equivalent to overall return rates from smolts to adults of 5,3, 2,7 and 1,6% for 1, 2 and 3SW salmon respectively.

In Simulation 1 (Fig. 4) it has been assumed that all smolts have an equal chance of becoming 1,2 and 3SW fish and that differences in numbers of these runs returning result solely from continued sea mortality of older fish. It was further assumed that no exploitation of the stocks occurred within the river. Starting with only 2 million eggs (= 0,13 m^-2) all cohorts were fully recruited after 7 years and the total adult population stabilized around 18 500 and comprised 10300 1SW, 5 200 2SW and 3 000 3SW salmon. A random element was then applied to the first-year mortality at sea to give the mortality rate of 0,007 day^-1 a standard deviation of 0,0005. This variation in mortality perturbs runs of returning adults, perturbations tending to provide the oscillations equivalent to twice the life cycle or about 10 years as suggested by Ricker (1954). The mean number of returning adults was unchanged at about 18 500. In Simulation 2 (Fig. 4) two modifications to the ‘steady state’ phase of Simulation 1 have been applied. Firstly, it was assumed that there was a genetic basis to sea-absence but with spawners of one sea-age producing some progeny of different sea-age (Gardner 1976); precise details are given in Gee and Radford (in prep). Secondly, exploitation rates within the river approximating current rates (0,05, 0,5 and 0,9 for 1, 2 and 3SW fish), and different for each age-group because of their different residence times, were applied. With the commencement of exploitation, the spawning population falls but recovers after 4 years and the number returning from the sea increases to about 25 000. However, the age-composition of the spawners is very different from the pre-exploitation phase (Simulation 1) comprising over 17 000 1SW, 2 500 2SW and 200 3SW fish. The ratio of grilse to 2 + 3SW salmon as spawners increases from 1,2 without exploitation to 6,6 in the exploited phase. The population returns to its pre-exploitation number and composition about 4 years after exploitation ceases.

Fig. 3. The relationship between rod catch and effort for salmon (a) <3,2 kg, (b) 3,2–4,5 kg, (c) 4,5–6,8 kg, (d) 6,8–9,1 kg, (e) 9,1–11,3 kg, (f) 11,3–13,6 kg. Regression lines are shown where appropriate.

Fig. 4. Computer simulations of the abundance of spawners comprising 1, 2 and 3 sea winter (SW) salmon under conditions of zero exploitation (simulation 1) and differential exploitation (simulation 2). The salmon run (- - -) and escapement (    ) are identical when there is no exploitation.

DISCUSSION

Although it is not possible from previous economic analyses within the catchment to establish the proportion of angler expenditure associated with salmon fishing, it seems most unlikely that this comprises less than 30%, giving each salmon caught an expenditure of £736. This compares with a commercial value of £36 for fish caught in estuary nets. Although the nets catch predominantly 2SW and 1SW fish and the latter have particularly low exploitation rates (Table 2), the continued cropping of 2SW fish may not be desirable. This assumes of course that the net catch is of Wye stock—if not, its impact on other stocks must be considered.

Of the £13,5 million expended by fishermen on the Wye only about £120 000 or less than 1% is spent on Water Authority licences. Within the Welsh Water Authority area there is currently an annual deficit of about £500 000 and there would seem some scope (not necessarily justification) for increasing licence fees: this increase would be more acceptable if anglers were made aware of the apportionment of their total fishery expenditure and the low fraction spent on licences.

Whilst it is recognised that there have been major increases in the exploitation of salmon at sea during recent decades, the changes in the composition of the salmon stock of the Wye and the reduction in catch per unit effort are consistent with the increasing exploitation by rods. The output from the simulation model responds to exploitation in a very similar way to the changing catches in the Wye over the past 70 years and populations of ascending adults derived from them using changes in rod effort during this period (Table 2). This does not imply that changes in exploitation rates at sea may not have a profound effect on stocks and indeed the responses of the model do not differentiate the location of exploitation: if fish of greater sea-age are more vulnerable to marine exploitation the response would be the same. However, the general decline in the Wye fishery precedes the expansion of the Greenland fishery in the 1960's.

Omitting considerations of exploitation control at sea, which are not the concern of this paper, if the Wye is to be restored as a fishery renowned for its large fish, the escapement of such large fish must initially be increased markedly.

There are broadly two alternative or supplementary strategies which might be adopted to achieve the increase in large spawners. The first, artificial propagation of the progeny of captured large salmon and their release as pre-smolts, is both expensive and fraught with technical difficulties: it could only be regarded as supplementary to the second alternative, a reduction in rod exploitation. It may, however, be worthwhile to re-examine the customary practice of obtaining fish for stripping principally from the smaller tributaries, for although these are most accessible they may also select smaller spawners and so the practice might exacerbate the selective processes operating in favour of smaller fish. An initial reduction in rod exploitation of larger fish might be achieved by delaying the angling season (to reduce the exploitation rate of early-running large fish and perhaps increase that of late running grilse), a reduction in licence numbers, constraints on lures, or a combination of these procedures. A reduction in illegal fishing on the spawning-beds would also be particularly advantageous if concentrated on the protection of areas accessible to large fish.

LITERATURE CITED

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IMPACT DES REJETS RADIOACTIFS PROVENANT D'UNE CENTRALE NUCLÉAIRE DE TYPE PWR SUR LES POISSONS DE LA MEUSE

M. Genin-Meurisse et J. -C. Micha

Laboratoire Écologie Eaux Douces, Facultés Universitaires N.-D. de la Paix, Rue de Bruxelles 61, B-5000, Namur, Belgique

RÉSUMÉ

Les centrales nucléaires de Chooz et de Tihange rejettent dans la Meuse, des produits de fission et d'activation tels les ¹³⁴Cs, ¹³⁶Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, ¹³³I, ³H, ⁵⁴Mn, ⁵⁷Co, ⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Nb, ⁵¹Cr, ⁵⁹Fe, ⁶⁵Zn et ⁴⁰K. Les activités volumiques de ¹³⁷Cs, du ⁵⁴Mn et du ⁶⁰Co ajoutées dans la Meuse par ces deux installations varient suivant les centrales et les années (1976, 1977 et 1978). La spectrométrie-γ réalisée sur des poissons pêchés en amont et en aval de Tihange I montre que ces animaux accumulent, dans leurs tissus, certains radionucléides rejetés dans la Meuse: le ³H, le ¹³⁷Cs, le ⁶⁰Co, le ⁵⁴Mn et le ¹³⁴Cs. Les gardons, les hotus, les chevaines, les brèmes et les perches, espèces capturées le plus régulièrement, concentrent le ¹³⁷Cs dans leurs muscles, squelette et organes internes. De plus, il apparaît qu'une forte diminution des activités volumiques de ce radioisotope ajoutées dans la rivière se traduit également par une diminution des activités mesurées dans les poissons. Parmi les différentes espèces de poissons étudiées, les perches (Perca fluviatilis L.) présentent des teneurs en ¹³⁷Cs les plus élevées. En outre, le ¹³⁷Cs se répartit sélectivement suivant les différents organes. Il existe certains organes cibles comme le foie, la rate et les gonades où l'activité mesurée est plus élevée. Le ⁶⁰Co et le ⁵⁴Mn se retrouvent moins fréquemment dans les tissus des poissons. Ces organismes semblent donc moins accumuler ces 2 radioisotopes.

ABSTRACT

The Chooz and Tihange nuclear plants discharge fission and activation products in the Meuse such as ¹³⁴Cs, ¹³⁶Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, ¹³³I, ³H, ⁵⁴Mn, ⁵⁷Co, ⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Nb, ⁵¹Cr, ⁵⁹Fe, ⁶⁵Zn and ⁴⁰K. The volumetric activities of ¹³⁷Cs, ⁵⁴Mn and ⁶⁰Co accumulated in the Meuse by these two establishments vary according to thermonuclear plants and years (1976, 1977 and 1978). The spectrometry-γ conducted there on fish caught upstream and downstream from Tihange I show that those animals accumulate in their tissues some radionuclides discharged in the Meuse, i.e., ³H, ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co, ⁵⁴Mn and ¹³⁴Cs. Roach, houting, chub, bream and perch, the species captured most regularly, concentrate ¹³⁷Cs in their muscles, skeleton and internal organs. Moreover it seems that a sharp decrease of the volumetric activities of this additional radioisotope in the river is also manifested by a decrease of the fish activities measured. Among the different species of fish studied, perch (Perca fluviatilis L.) show the highest ¹³⁷Cs levels. Furthermore the ¹³⁷Cs is distributed selectively in the different organs. The liver, spleen and the gonads are target organs where the activity measured is higher. ⁶⁰Co and ⁵⁴Mn are found less frequently in fish tissue. Therefore those organisms seem to have a lower accumulation of these two radiosotopes.

INTRODUCTION

Depuis quelques années, les centrales électriques nucléaires se multiplient en Europe, et particulièrement en Belgique, où la puissance installée ne cesse de s'accroître. Ainsi, en 1983, sur le site de Tihange, en bordure de la Meuse, trois centrales de type PWR seront mises en fonction: Tihange I: 872 MWe (1975), Tihange II: 900 MWe (1980) et Tihange III: 980 MWe (1983).

Or, en ce qui concerne la pollution radioactive, il faut constater que le cycle des radionucléides dans les écosystèmes aquatiques d'eau douce est encore loin d'être connu avec précision. De plus, au sein des biocénoses, les radionucléides ont un comportement spécifique; certains s'accumulent au long des chaînes trophiques, d'autres ne s'accumulent pas (Micha et Genin 1977).

C'est pourquoi, depuis août 1975, le laboratoire d'Écologie des Eaux Douces entrepris, en collaboration avec le Centre d'Étude Nucléaire de Mol et le Ministère de la Santé Publique à Bruxelles, l'étude de la contamination radioactive des poissons en amont et en aval de la centrale nucléaire de Tihange.

Ce présent travail se limite aux résultats acquis en 1976, 1977 et 1978.

CARACTÉRISTIQUES DU MILIEU

La Meuse reçoit actuellement les rejets radioactifs de 2 centrales nucléaires de type PWR: Chooz (310 MWe), située à la frontière française et Tihange I (872 MWe), située près de Huy. Ces rejets liquides contiennent des produits de fission et d'activation, tels les ¹³⁴Cs, ¹³⁶Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, ¹³³I, ³H, ⁵⁴Mn, ⁵⁷Co, ⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ⁹⁵Zn, ⁹⁵Nb, ⁵¹Cr, ⁵⁹Fe, ⁶⁵Zn et ⁴⁰K (Tableau 1).

Ces effluents radioactifs sont dilués par les eaux du fleuve qui présente des débits annuels moyens de 75,3 m³/sec en 1976, 184 m³/sec en 1977 et 190 m³/sec en 1978 (débit mesuré à l'écluse d'Ampsin-Neuville). Cependant, en période d'étiage, le débit de la Meuse descend parfois jusqu'à 7 m³/sec (août 1976). En période de crue, il s'élève parfois jusqu'aux environs de 1 200 m³/sec (janvier 1977).

Le rapport entre l'activité totale d'un radioisotope rejeté par la centrale au cours d'un mois et le volume des rejets, multiplié par le rapport des débits (débit des rejets/débit de la Meuse) permet de calculer l'activité volumique de ce radioisotope ajoutée dans la rivière. Les activités volumiques du ¹³⁷Cs, ⁵⁴Mn et ⁶⁰Co ajoutées dans la Meuse par les deux centrales diminuent au cours des trois années (Figs. 1 et 2), exceptées celles du ⁶⁰Co et du ¹³⁷Cs ajoutées par Tihange I en 1978, qui sont plus élevées qu'en 1977. Ces activités varient suivant les centrales. Ainsi, l'apport en ¹³⁷Cs et en ⁵⁴Mn, dans la Meuse, est plus important pour la centrale de Chooz au cours des années 1976 et 1977; mais, en 1978, les activités volumiques de ces 2 isotopes sont à peu près identiques. En ce qui concerne le ⁶⁰Co, la différence entre les deux centrales apparaît uniquement en 1978, où l'activité volumique ajoutée par Tihange I est plus élevée.

MATÉRIEL ET MÉTHODES

Deux stations de prélèvement ont été choisies en amont et en aval de la centrale nucléaire de Tihange. Entre ces deux endroits, le cours de la Meuse est coupé par deux barrages qui isolent les populations piscicoles.

Des échantillons de poissons sont capturés au filet maillant et à la pêche électrique. Ces deux techniques sont complémentaires et indispensables pour améliorer l'échantillonnage du point de vue spécifique et pour capturer au sein d'une espèce les différentes classes d'âge.

Les prélèvements sont bimensuels, sauf en période de reproduction où les poissons sont capturés tous les quinze jours.

Ramenés vivants au laboratoire, ces poissons sont disséqués. Les foies, rates, reins, branchies, cerveaux et gonades de 20 poissons, sont prélevés et conservés dans une solution de formol à 10%.

Tableau 1. Évolution des rejets radioactifs annuels dans la Meuse, de 2 centrales nucléaires (C.E.N./S.C.K.-Santé Publique, 1976 et 1977).

Fig. 1. Activités volumiques du ⁵⁴Mn et du ¹³⁷Cs ajoutées dans la Meuse par les centrales de Chooz et de Tihange, au cours des années 1976, 1977 et 1978.

Les poissons éviscérés, groupés par espèces, par station et par date de capture sont conditionnés dans des pots de 3 l, contenant une solution de formol à 10%. Ils sont envoyés au centre de Radiobiologie de Mol, ainsi que leurs organes internes en vue de déterminer leur contamination radioactive. La présence simultanée de plusieurs radionucléides, émetteurs de rayonnement γ requiert l'usage des techniques de spectrométrie γ avec détecteur NaI (cristaux Harshaw) et Gé (Li) (modèles Philips distribués par Harshaw et modèles Ortec distribués par Nucléobel). Le tritium qui est lui, un émetteur de β pur, fit l'objet d'une autre technique de mesure: la scintillation liquide (SL 40).

CONTAMINATION RADIOACTIVE DES POISSONS

Les poissons accumulent, dans leurs tissus, certains radionucléides rejetés par les centrales nucléaires. Ainsi, le ³H et le ¹³⁷Cs sont des isotopes souvent présents dans les différents organes de poissons. La spectrométrie γ met parfois en évidence la présence de ⁶⁰Co, de ⁵⁴Mn et de ¹³⁴Cs, mais uniquement dans les muscles et squelette des poissons. Les autres isotopes rejetés ne sont pas détectés.

Fig. 2. Activité volumique du ⁶⁰Co ajoutée dans la Meuse par les centrales de Chooz et de Tihange, au cours des années 1976, 1977 et 1978.

Contamination des Poissons en ³H

Les différentes espèces de poissons accumulent le ³H contenu dans l'eau. Ainsi, les activités de ce radioisotope mesurées au niveau des gardons (Rutilus rutilus L.) éviscérés oscillent pour 1976 entre:

0,77 et 4,81 pCi/g de matière sèche en aval;
0,72 et 7,79 pCi/g de matière sèche en amont;

pour 1977 entre:

0,73 et 1,52 pCi/g de matière sèche en aval;
0,52 et 1,56 pCi/g de matière sèche en amont;

En 1978, une seule mesure a été effectuée sur les gardons capturés en amont, au mois de mai: 2,75 pCi/g de matière sèche.

Les quelques mesures éparses effectuées sur les brèmes bordelières (Blicca bjoerkna [L.]), les chevaines (Leuciscus cephalus [L.]), les hotus (Chondrostoma nasus [L.]) et les perches (Perca fluviatilis L.) ne permettent pas de comparer l'accumulation de ³H par ces différentes espèces.

Contamination des Poissons en ¹³⁷Cs

Ce radioisotope est toujours présent au niveau des muscles, du squelette et des organes internes des poissons. Ainsi, les gardons, les hotus, les chevaines, les vandoises, les ablettes, les brèmes et les perches, capturés en Meuse, accumulent le ¹³⁷Cs dans leurs muscles et squelette (Tableau 2). Parmi toutes ces espèces, la perche semble, en général, accumuler le plus le ¹³⁷Cs. Il arrive cependant que l'activité de ce radioisotope y soit plus faible (mai 1978).

Les captures plus fréquentes de gardons permettent de suivre l'évolution de leur radiocontamination au cours des années. Ainsi, les activités en ¹³⁷Cs mesurées au niveau des gardons éviscérés, pêchés en 1977 sont du même ordre de grandeur qu'en 1976. Cependant, en 1976, les teneurs maximales mesurées en aval sont plus élevées (C.E.N./S.C.K. et I.H.E. 1979):

Gardons mâles: 160 pCi/kg de matière fraîche (avril 1976); 103 pCi/kg de matière fraîche (avril 1977).

Gardons femelles: 228 pCi/kg de matière fraîche (septembre 1976); 123 pCi/kg de matière fraîche (avril 1977).

Tableau 2. Teneur en ¹³⁷Cs de différentes espèces de poissons capturées dans la Meuse, en amont et en aval de la centrale nucléaire de Tihange (♂: mâle; ♀: femelle, —: pas d'échantillon). (C.E.N./S.C.K. et I.H.E., 1978 et 1979).

En 1978, les activités de ce même radioisotope, mesurées au niveau de ces tissus, sont encore plus faibles: 68 ± 4 pCi/kg de matière fraîche en avril et 29 ± 5 pCi/kg de matière fraîche en octobre.

Ce phénomène semble lié à l'activité volumique du ¹³⁷Cs ajoutée dans la Meuse par les centrales nucléaires de Chooz et de Tihange. En effet, celle-ci diminue très fort en 1977.

Certaines différences de contamination apparaissent entre les gardons capturés en amont et en aval de la centrale de Tihange. Ainsi, les activités de ce radioélément sont plus élevées en aval, chez les gardons femelles capturées aux mois d'avril, mai et septembre 1976, et aux mois de mars, avril (29.04), mai et juillet 1977. Par contre, le phénomène inverse s'observe au cours des mois de janvier, février, mars, juillet 1976, avril (12.04) et septembre 1977.

La radioactivité des poissons, tantôt plus élevée en aval, tantôt plus élevée en amont, montre que s'il existe un impact des rejets radioactifs de la centrale de Tihange sur les poissons de la Meuse, il est très faible. Cette hypothèse est confirmée par la comparaison des activités en ¹³⁷Cs mesurées dans les gardons capturés en aval avant et après la mise en marche de la centrale de Tihange. Ces activités sont du même ordre de grandeur (Tableau 3).

Le phénomène le plus intéressant, mis en évidence en 1976, est la répartition sélective du ¹³⁷Cs dans certains organes: le foie, la rate, le cerveau et les gonades (Fig. 3). Cependant, en 1977 et en 1978, cette répartition sélective dans les différents organes est moins évidente (Tableau 4). Toutefois, lorsque les activités de ce radioisotope sont mesurées avec précision, elles sont généralement égales ou plus élevées dans le foie, les branchies at les gonades que dans les muscles et le squelette des poissons.

Contamination des Poissons en ⁶⁰Co et ⁵⁴Mn

Le ⁶⁰Co et plus rarement le ⁵⁴Mn se retrouvent aussi dans les tissus des poissons capturés en amont et en aval de Tihange, mais uniquement dans les muscles et le squelette (Tableau 5). Les activités de ces deux radioisotopes sont uniquement détectées dans les poissons pêchés aux dates reprises dans le Tableau 5. Aucune évolution parallèle ne semble exister entre les activités volumiques ajoutées par les centrales de Ti-hange et de Chooz (Figs. 2 et 3) et les activités mesurées dans les poissons.

Tableau 3. Teneur en ¹³⁷Cs des gardons éviscérés capturés dans la Meuse en 1973 et en 1976, en aval de la centrale nucléaire de Tihange (C.E.N./S.C.K. et Santé Publique, 1973; C.E.N./S.C.K. et I.H.E., 1977).

Fig. 3. Activité du ¹³⁷Cs mesurée dans les différents organes de gardons mâles capturés dans la Meuse en 1976, en amont et an aval de la centrale nucléaire de Tihange.

Tableau 4. Activité du ¹³⁷Cs (pCi/kg de matière fraîche) mesurée dans les différents organes de poissons capturés en Meuse, en aval de la centrale nucléaire de Tihange en 1977 et 1978. (P.E.: poisson éviscéré; —: pas de résultat; ♂: mâle; ♀: femelle).

Tableau 5. Activités du ⁶⁰Co et du ⁵⁴Mn mesurées dans les poissons capturés en Meuse en amont et en aval de la centrale nucléaire de Tihange (♂; mâle; ♀: femelle, -: radioisotope non détecté).

CONCLUSIONS

L'objectif de cette étude est d'examiner le transport des isotopes de l'eau aux poissons, en vue d'établir une surveillance de la contamination de ces animaux et des pêcheurs qui pourraient s'en nourrir.

Les poissons, organismes animaux représentant les niveaux trophiques supérieurs de l'écosystème mosan, concentrent le ¹³⁷Cs dans leurs muscles, squelette et organes internes. De plus, alors qu'il semble impossible de mettre en parallèle les rejets mensuels des centrales avec la radiocontamination des poissons, il apparaît qu'une forte diminution des activités volumiques ajoutées dans la rivière (1978 et 1977 par rapport à 1976) se traduit également par une diminution des activités mesurées dans les poissons. Ceux-ci apparaissent donc comme de bons indicateurs de la présence de ce radiocésium dans la Meuse.

Parmi les différentes espèces de poissons étudiées, les perches (Perca fluviatilis L.), consommatrices secondaires et tertiaires, présentent des teneurs en ¹³⁷Cs les plus élevées. Cette observation semble confirmer l'hypothèse de la concentration du ¹³⁷Cs le long des chaînes trophiques (Amiard-Triquet 1976) et les travaux de Pendleton et al. (1965).

Le ¹³⁷Cs se répartit sélectivement suivant les différents organes. Il existe en effet des organes cibles comme le foie, la rate et les gonades. Toutefois, cette observation semble moins évidente au niveau des poissons capturés en 1977 et 1978.

Le ⁶⁰Co et le ⁵⁴Mn se retrouvent moins fréquemment dans les tissus des poissons. Ces organismes semblent donc moins accumuler ces radioisotopes.

L'homme constitue le maillon final de la chaîne alimentaire; en effet, la pêche récréative est développée sur le secteur étudié. Il s'avère donc indispensable de contrôler la radiocontamination des poissons de la Meuse. Actuellement, la radioactivité des poissons reste faible, de l'ordre de 100 pCi/kg de matière fraîche en aval de Tihange. Cependant, l'installation des nouvelles centrales, en l'occurence Tihange II et III, ne fera qu'augmenter la radioactivité de la Meuse et il y a lieu de continuer l'étude du transfert des radioisotopes de l'eau chez les poissons et en final vers l'homme.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Amiard-Triquet C., et J.C. Amiard. 1976 La pollution radioactive du milieu aquatique et ses conséquences écologiques. Bull.Ecol., 7:3–32.

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C.E.N./S.C.K. et Santé Publique. 1973 Surveillance radiologique des sites d'implantation des centrales nucléaires. Rapport d'avancement, 48p.

C.E.N./S.C.K. et Santé Publique. 1976 Surveillance radiologique des sites d'implantation des centrales nucléaires. Rapport d'avancement, 104p.

C.E.N./S.C.K. et Santé Publique. 1977 Surveillance radiologique des sites d'implantation des centrales nucléaires. Rapport d'avancement Annexe, 21p.

C.E.N./S.C.K. et I.H.E. 1979 Étude de l'impact des rejets provenant des centrales nucléaires de type PWR sur la biocénose dulcicole. Volume III. 125p.

Micha, J.-C., et M. Meurisse-Genin. 1977 Impact des centrales nucléaires sur les écosystèmes dulcicoles. Les naturalistes Belges, 59:149–158.

Pendleton, R.C. 1965 A trophic level effect on ¹³⁷Cs concentration. Health. Phys., 11:1503.