Sources of variation in post-Chernobyl radiocaesium in brown trout,Salmo trutta L., and Arctic charr, Salvelinus alpinus (L.), from six Cumbrian lakes (northwest England)

Sources de variation en radiocésium de la truite, Salmo trutta L., et de l'omble chevalier, Salvelinus alpinus (L.), après Chernobyl, dans six lacs de la région de Cumbria (nord-ouest de l'Angleterre)

NERC Institute of Freshwater Ecology, The Windermere Laboratory, Ambleside, Cumbria LA22 OLP, U.K.

Abstract

The objectives were to evaluate temporal variation in ¹³⁷Cs in trout and charr from Crummock Water, Wastwater, Ennerdale Water, and to compare levels in trout from six lakes (above three + Windermere, Loweswater, Devoke Water) and charr from four lakes (above three + Windermere). Fish were caught between June 1986 and October 1988, chiefly with fyke nets and gill nets. Overall means for ¹³⁷Cs in trout were markedly higher than those for charr in the three lakes. Values for individual trout exceeded 1000 Bq.kg^-1 in Ennerdale and 500 Bq.kg^-1 in Wastwater and Crummock Water, but values for charr never exceeded 350 Bq.kg^-1. ¹³⁷Cs content increased with fish weight for trout from Wastwater and therefore values were scaled to a standard weight in subsequent analyses. No similar relationships were found for trout in Ennerdale or Crummock Water, or for charr in all three lakes. Monthly mean values for ¹³⁷Cs in trout followed similar temporal patterns in the three lakes and a parabola provided a simple model for these changes. Chernobyl deposition occurred early in May 1986 and maximum values in trout were in December 1986 in Wastwater, January/February 1987 in Ennerdale Water and March 1987 in Crummock Water. The exponential rate of decrease from these maxima did not differ significantly between the three lakes, and ecological half-lives of ¹³⁷Cs in the trout differed slightly, but not significantly, between lakes : 180 days for Wastwater, 194 days for Crummock Water and 249 days for Ennerdale Water. The equivalent value for Ennerdale charr was lower at 132 days, and it was impossible to fit models or calculate half-lives for Wastwater and Crummock charr. Maximum monthly geometric mean ¹³⁷Cs values in trout from six lakes and charr from four lakes were related to the initial concentration of ¹³⁷Cs in both water and sediment, and the maximum monthly geometric mean ¹³⁷Cs values obtained from the routine water samples. The relationship was curvilinear and approximated, but was not identical to, an asymptotic curve. No similar relationships were found with mean Ca or K levels in the lake water. Metabolic and diet differences may explain the lower ¹³⁷Cs levels in charr compared with trout and differences for the same species from different lakes may be due to limnological variations and différences between lakes in the nature of their sediments and catchment soils. Both points are discussed in detail.

Résumé

Les objectifs étaient de déterminer les fluctuations temporelles en ¹³⁷Cs dans les truites et les ombles de 3 lacs (Crummock Water, Wastwater, Ennerdale Water) et de comparer les niveaux de ¹³⁷Cs dans les truites de six lacs (les trois ci-dessus + Windermere, Loweswater, Devoke Water) et dans les ombles de quatre lacs (les trois ci-dessus + Windermere). Les poissons ont été capturés entre juin 1986 et octobre 1988, principalement avec des filets maillants et des « fykes ». Les moyennes totales de ¹³⁷Cs dans les truites étaient plus élevées que celles dans les ombles dans les trois premiers lacs. Pour chaque truite, la valeur dépasse 1 000 Bq.kg^-1 dans le lac Ennerdale et 500 Bq.kg^-1 dans les lacs Wastwater et Crummock Water, mais les valeurs pour les ombles n'ont jamais dépassé 350 Bq.kg^-1. La teneur en ¹³⁷Cs augmente avec le poids des truites du lac Wastwaster et, par conséquent, les valeurs sont étalonnées à un poids standard dans les analyses suivantes. Il n'y a pas de rapports semblables pour les truites dans les lacs Ennerdale et Crummock Water ni pour les ombles dans trois lacs. Les valeurs moyennes mensuelles de ¹³⁷Cs dans les truites suivent des modalités temporelles similaires dans les trois lacs, et une parabole fournit un modèle simple pour ces changements. Le dépôt de Chernobyl a eu lieu début mai 1986 et les valeurs maximums des truites se situent en décembre 1986 dans Wastwater, en janvier/février 1987 dans Ennerdale, et en mars 1987 dans Crummock Water. Le taux exponentiel de la baisse de ces maximums n'est pas significativement différent dans les trois lacs, et les demi-vies écologiques de ¹³⁷Cs dans les truites diffèrent légèrement, mais pas significativement, entre les lacs : 180 jours pour Wastwater, 194 jours pour Crummock Water et 249 jours pour Ennerdale. La valeur équivalente pour les ombles du lac Ennerdale est inférieure à 132 jours, et il est impossible d'ajuster les modèles ou de calculer les demi-vies pour les ombles de Wastwater et Crummock Water. La moyenne géométrique des maximums mensuels des valeurs en ¹³⁷Cs des truites des six lacs et des ombles des quatre lacs sont liées à la concentration initiale en ¹³⁷Cs de l'eau et du sédiment ainsi qu'à la moyenne géométrique des teneurs en ¹³⁷Cs mesurées en routine dans les échantillons d'eau. La relation est curvilinéaire et approximative, mais non identique à une courbe asymptotique. Aucune relation similaire n'a été trouvée avec les teneurs moyennes de Ca ou K de l'eau des lacs. Les différences de métabolisme et de nutrition peuvent expliquer les teneurs plus faibles en ¹³⁷Cs dans les ombles par comparaison avec celles des truites. Les différences pour la même espèce dans les différents lacs peuvent être attribuées à des variations limnologiques et aux diffférences dans la nature de leurs sédiments et des sols de leurs bassins-versants. Ces deux points sont discutés en détail.