29
U.S. Fish and Wildlife Service Evaluating comparative PIT tag loss of steelhead reared in partial reuse aquaculture systems (PRAS) or traditional raceways at Hagerman National Fish Hatchery Annual Report 2017 January 5, 2018 By Doug Peterson 1 , Will Simpson 2 and Kurt Steinke Abernathy Fish Technology Center 1440 Abernathy Creek Road Longview, Washington 98632 1 Email address: [email protected] 2 Current address: USFWS, Columbia River Fish and Wildlife ConservaƟon Office, 1211 SE Cardinal Court, Suite 100, Vancouver, WA 98683 Transferring steelhead from PRAS tank to transport truck Steelhead in sucƟon hose passing by PIT antenna

Evaluating comparative PIT tag loss of steelhead … · Valley Heli‐Arc, Twin Falls, ID). ... Readers were configured using the free software programs Bioterm or Biostat (Biomark

  • Upload
    habao

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

U.S. Fish and Wildlife Service

Evaluating comparative PIT tag loss of steelhead reared in partial reuse aquaculture systems (PRAS) or traditional raceways at Hagerman National Fish Hatchery  Annual Report 2017 

January 5, 2018  By Doug Peterson1 , Will Simpson2and        Kurt Steinke          

      Abernathy Fish Technology Center       1440 Abernathy Creek Road       Longview, Washington 98632 

         1Email address:  [email protected] 2Current address:  USFWS, Columbia River Fish and Wildlife Conserva on Office, 1211 SE Cardinal Court, Suite 100, Vancouver, WA 98683 

Transferring steelhead from PRAS tank to transport truck    Steelhead in suc on hose passing by PIT antenna 

1  

Abstract 

Partial reuse aquaculture systems (PRAS) are being used on an experimental basis by Hagerman National 

Fish Hatchery (NFH) to rear juvenile steelhead salmon (Oncorhynchus mykiss) for release in the 

Columbia River basin (CRB).   In 2015, comparatively low apparent survival of PRAS‐reared steelhead 

from initial passive integrated transponder (PIT) tagging to Lower Granite Dam raised concern that PRAS 

fish were different from those reared in traditional cement raceways.  Differences in apparent survival 

could be due to real differences in in‐river survival but could also result from different rates of tag loss 

between the two groups.  Our objective was to determine if fish reared in PRAS tanks shed PIT tag tags 

at a higher rate than those reared in raceways with different densities of fish.  We wanted to provide an 

additional PIT interrogation event immediately before fish are released into the CRB in April of each 

year, to ensure that survival analyses based on these fish would be unbiased with respect to shedding of 

PIT tags, which is more likely to occur soon after tagging the previous November.  To do this, we 

assembled two multi‐antenna PIT systems to detect fish as they pass through a fish pump that transfers 

them between their rearing container and the truck that transports them to their release site.  We 

investigated detection rates at these fish pump arrays, and also looked at post‐release detections of PIT‐

tagged fish in the CRB to understand whether PIT tag loss was greater in PRAS fish than those reared in 

raceways.   We also used a mobile antenna system to survey Hagerman NFH’s abatement ponds for 

shed PIT tags that could have been deposited if they were conveyed through the hatchery’s plumbing 

and effluent system.  In April 2017, a high proportion (mean 0.884, range 0.755‐0.981) of the PIT‐tagged 

steelhead believed available were detected moving through the fish pump PIT array. Detection of PIT‐

tagged steelhead at interrogation sites in the CRB without earlier detection at fish pump PIT arrays (in 

April 2017) before their release confirmed that some fish were missed by the fish pump PIT antennas, 

perhaps because of tag collisions.  In July 2017 very few shed tags from any treatment group in the 2016 

brood year (2017 release year) were detected in the abatement pond or spoils.     Steelhead reared in 

PRAS tanks that were detected at the fish pump array were later detected at CRB PIT arrays at slightly 

higher rates than PRAS‐reared steelhead that went undetected at the fish pump array at Hagerman NFH.  

This may be indirect, circumstantial evidence that fewer of the PRAS fish were available for detection in 

the hatchery, perhaps because of slightly greater rates of tag loss or unreported mortality.  We caution 

that this result rests on the assumption of equal survival of all PRAS fish after release, the observed 

differences in the proportion detected at main‐stem CRB sites is small compared to the apparent 

survival differences observed in 2015, and a more detailed mark‐recapture analysis of individual 

encounter histories would likely provide a more robust conclusion.  The fish pump array functions as a 

proxy interrogation site at release, so estimates of in‐river survival based on this group of fish should be 

unbiased with respect to any tag loss that occurred between initial tagging (in November) and their 

subsequent release (the following April).     

2  

Introduction 

Traditionally, cold‐water aquaculture facilities that culture Pacific salmon (Oncorhynchus spp.) have 

utilized flow‐through systems where surface or ground water is routed through a concrete raceway, 

where the inflow provides oxygenated water and the outflow removes metabolic and digestive waste 

products.   Single‐pass operation, where the water is not recycled or recirculated within the facility, is 

the most water intensive application of a flow‐through system.  Competing demand for both surface and 

ground water resources from agricultural, industrial, and municipal uses can present operational 

challenges for hatcheries that rear Pacific salmon and other cold‐water fish species.  Climate change and 

its effects on the timing and magnitude of stream flow and are anticipated to make it even more difficult 

for hatchery managers to secure a reliable water supply of the requisite quality (e.g., Hanson and 

Peterson 2014).   

An example of this challenge is at the Hagerman National Fish Hatchery (HNFH) in south central Idaho, 

where water from springs in the eastern Snake River Plain aquifer is used to rear approximately 1.5 

million steelhead and rainbow trout (O. mykiss) annually.  Diminishing water supply at NHFN, attributed 

in part to ground‐water pumping by irrigated agriculture, has prompted an investigation of culture 

methods that require less water than traditional single‐pass or serial‐reuse raceways.   One method 

under investigation at HNFH is the rearing of fish in so‐called partial reuse aquaculture systems (PRAS) 

(Figure 1). Reputed advantages of PRAS over traditional single‐use or serial‐reuse hatchery systems are 

that PRAS are more environmentally sustainable because use 90‐99% less water, require less than 1% of 

the land area, and allow for environmentally safe waste management (Timmons and Ebeling 2010).  Use 

of PRAS to raise millions of juvenile Pacific salmon smolts is a relatively new development, and biologists 

do not yet know whether fish reared in such systems will differ, for example behaviorally or 

physiologically, from those reared in traditional raceways, or whether any potential differences translate 

into differences in survival and adult return rates. 

In spring 2015, steelhead smolts reared in PRAS tanks at HNFH and released into the Salmon River were 

detected at passive integrated transponder (PIT) interrogation systems in Lower Granite Dam on the 

Snake River at much lower rates (apparent survival 0.403) than the same cohort of steelhead reared in a 

traditional serial reuse raceway (apparent survival 0.937; USFWS 2016).  The travel time of PRAS‐reared 

steelhead to their detection at Lower Granite Dam averaged twice as long as the travel time of control 

fish reared in a raceway (USFWS 2016).  These observations raised concern that steelhead reared in 

PRAS tanks were not being detected at Lower Granite Dam because of lower survival or higher rates of 

residualism compared to those reared in traditional raceways at HNFH, or possibly that the PRAS‐reared 

steelhead were shedding their PIT tags at a higher rate than traditional raceway‐reared steelhead.  

Higher rates of tag shedding would result in negative bias in apparent survival estimates for the PRAS 

steelhead.   Our study objectives were to determine whether steelhead reared in PRAS systems were 

shedding (losing) their PIT tags at a higher rate than steelhead reared in serial‐reuse raceways, and to 

generate a dataset of PIT tag codes for steelhead smolts known to be alive at the time of their transfer 

from HNFH and release in the Snake River system.  To do this we built two portable PIT antenna systems 

for use on the fish transfer pumps at HNFH which, in effect, created another interrogation opportunity 

between when the fish are initially implanted with PIT tags in November and when they are potentially 

detected at Lower Granite Dam the following spring.  Here we report on the operation and results of 

using the portable PIT systems for the 2017 steelhead transfer and release, and mobile antenna surveys 

to determine whether any PIT tags shed by steelhead are present in HNFH’s effluent settling basin.  

3  

Materials and Methods 

Portable PIT antenna systems 

We built two portable PIT antenna systems designed to detect PIT tags implanted in steelhead smolts as 

they pass through the fish pump system that HNFH uses to transfer the fish from raceways or PRAS 

tanks to transport trucks on the day they are to be released into the Snake River.  Hageman’s fish pump 

and tower systems (see Figure 2) consists of:  (a) a Nielson Fish Pump with a Cornell Pump driven by a 

5hp electric motor, (b) a heavy duty flexible suction hose (i.e., intake hose; 15.2 cm [6 in]) inside 

diameter, product #QQ346, Eagar Inc., Salt Lake City, UT), (c) a stainless‐steel dewatering tower, and (d) 

a telescoping discharge pipe (20.3‐21.9 cm [8‐8.625 in]) outside diameter PVC, manufactured by Magic 

Valley Heli‐Arc, Twin Falls, ID).  During fish pump operation, the fish are crowded or confined to an area 

from where they can be easily are sucked into the intake pipe; they then pass upward to the dewatering 

tower, move horizontally across the dewatering screen, and enter the discharge pipe where they pass 

into the transport tanks (Figures 2 and 3).  

The PIT antenna systems were designed to detect tagged fish as they passed through the intake hose 

and the discharge pipes of the fish pump system.  The PIT antenna systems consisted of small circular 

(25.4 cm inside diameter) or rectangular antennas (28 cm x 21.6 cm) powered by 24V IS1001 readers 

(Biomark Inc., Boise, ID).  The PIT system electronics were housed in a large metal tool box, and 

consisted of a receptacle for AC power, an uninterrupted power supply (UPS) and surge protector, a 28V 

linear power supply (that converts AC to DC), IS1001 readers with associated power and sync cables, a 

USB communications hub, and external port for a laptop computer to communicate with readers and 

download data.  Readers were configured using the free software programs Bioterm or Biostat 

(Biomark, Inc.).  Data were downloaded from readers using the for‐purchase software program Tag 

Tracker (Biomark, Inc.), which had additional features of real‐time tag counting and antenna efficiency 

estimates.  The PIT systems were configured to be synchronized, so that all antennas would read 

continuously.  Heavy duty 50’ cables connected antennas with the PIT readers.  In 2017, we constructed 

two PIT systems, designated mykiss1 and mykiss2, that had six and three antennas, respectively. 

Portable PIT system field testing 

PIT antenna system performance was tested on the fish pumps at HNFH in March 13‐14, 2017, using a 

series of trials with test PIT tags intended to simulate tagged fish.  During tests, the six‐reader system 

(mykiss1) was deployed such that three rectangular antennas were spaced at 1.22 m (~4 ft) intervals 

along the intake hose, and three circular antennas were spaced at 60 cm (~2 ft) intervals along the 

discharge pipe.  The three‐reader system (mykiss2) was deployed with three circular antennas on either 

the intake hose or discharge pipe using the same spacing as with the mykiss1 system.  Test tags 

(simulated fish) consisted of 12‐mm FDX PIT tags placed inside either ping pong balls and filled with 

enough water to be neutrally buoyant or inside 1.3 cm square wooden dowels.   We completed a series 

of 11 test trials (replicated at least 3 times each) that tested various combinations of tag release site, 

how the tags were released, and antenna configurations.  We found that under optimal conditions tag 

detection rates at individual antennas were very high, exceeding 90‐95% when test tags were released 

one‐at‐a‐time (see Appendix A).  Releasing tags together, either paired or clumped, greatly increased 

the probability of tag collisions, where one or more PIT tags are simultaneously in an antenna’s 

detection field but none of the tags are read.  The ping pong ball test tags appeared to accelerate 

through the discharge pipe, as the detection rate generally decreased across the consecutive antennas.  

4  

In summary, we determined that the PIT systems worked as we expected and concluded they should be 

effective at interrogating live fish during transfer. 

Interrogating steelhead smolts during fish transfer 

Steelhead involved in the PRAS evaluation study at HNFH were reared across ten units (Table 1).  Each 

rearing unit held at least 20,000 to more than 30,000 steelhead, but only about 5‐10% of the fish in a 

given unit had been implanted with 12mm FDX PIT tags.  Fish pumps used for the PRAS tanks were 

almost always fitted with the six‐antenna system, while fish pumps used for the traditional hatchery 

raceways were fitted with either the three‐ or six‐antenna PIT system.   The six‐antenna system was 

deployed so there were three rectangular antennas on intake suction hose (spaced 1.22 m apart) and 

three circular antennas on the discharge pipe (spaced 0.61 m apart; see Figure 3).   PIT system operation 

was confirmed by test tags before fish were passed through the fish pump and tower system.  Fish 

transfers and interrogation sessions always occurred in the morning, because once fish were loaded into 

transport tanks they needed to be driven immediately to the release site which was approximately 3 hr 

away.  During the interrogation sessions, one or two biologists monitored each PIT system and detection 

data were exported (using Tag Tracker) and saved to disk.     

Detection data were summarized by interrogation session (e.g., total number of unique tags) and by 

individual antenna within each session to determine if detection rate varied by antenna position or if 

overall detection rate varied by total number of antennas.  Detection data were compared with the PIT 

tag database generated at the time of initial tagging (in November 2016), and after accounting for any 

mortalities of PIT‐tagged fish that occurred between November 2016 – April 2017, to determine how 

many PIT tagged fish were unaccounted for at the time of transfer.   The set of PIT tag codes that was 

not accounted for in this calculation would represent fish that either shed their tags, were alive but not 

detected at the fish pump PIT array because of tag collisions, or simply passed through the array 

undetected. 

Shed tag survey of effluent settling basin 

To determine if PIT tags shed by steelhead are flushed through the effluent plumbing of HNFH, we 

conducted mobile PIT antenna surveys of the hatchery’s two concrete‐lined abatement ponds, which 

are settling basins for the solid waste from salmon rearing units (Figure 4).  On June 14, 2017, 

approximately three weeks before conducting the mobile antenna surveys, each pond was seeded 

directly with 15 PIT tags of the same type (12 mm FDX) implanted into steelhead.  These tags were 

intended to serve as positive controls to determine detection rates of PIT tags present in the sediment 

of the abatement pond.  Surveys were conducted by a biologist using mobile PIT‐tag detection systems 

(so‐called PITpacks, Hill et al. 2006).  Each PITpack consisted of 24V IS1001 PIT tag reader (identical to 

those used in the fish pump PIT arrays) powered by a lithium‐ion batteries and a hand‐held antenna 

constructed of PVC and internal wire loops (Figure 5).  A Windows‐based tablet running Bioterm or 

Biostat served as a user interface for operating the reader and downloading PIT detection data.    

The northeast abatement pond (labeled A in Figure 4) was dewatered and partially dried in late June 

2017.  The organic material (spoils) at the bottom of this pond was removed with heavy equipment and 

placed on the ground adjacent to the ponds (labeled C in Figure 4).  Heavy equipment was used to 

spread the material evenly into a rectangular shape in preparation for the PIT tag survey (Figure 6).  The 

southwest abatement pond (labeled B in Figure 4) was also drained, but the organic material was left in 

5  

place.  On July 5th, 2017, a biologist from Abernathy Fish Technology Center conducted the PIT tag 

surveys on both the organic material that had been removed from one pond (location C in Figure 4; see 

also Figure 6) and the material left in place in the other pond (B in Figure 4; see also Figure 7).  During 

surveys, the operator walked in a grid‐like pattern both parallel and perpendicular to the length of the 

organic material, while sweeping the antenna back‐and‐forth across their body, which encompassed an 

arc approximately 1.8 m (6 ft) in width along the path of travel.  Different mobile antenna systems were 

used for each survey. 

 

Results and Discussion 

Interrogation at fish pump PIT array 

 

A total of 15,206 unique PIT tags were detected across the ten steelhead rearing units in the PRAS 

evaluation study in interrogation sessions during fish transfer on April 10‐14, 2017 (Tables 2 and 3).   

Transfer and interrogation of six rearing units were completed in a single day, whereas the other four 

were completed over two days (Table 2).  Generally, HNFH staff tried to complete all transfers each day 

by 9:30‐10:00 AM so that trucks could complete the fish transport, release, and return to the hatchery 

during normal business hours. The average interrogation time per session was 37 min (range 7‐83 

minutes). In the three antenna system (myiss2), all antennas functioned during all interrogation sessions 

(Table 3).  In the six‐antenna system (mykiss1) one of the readers did not function properly1 during some 

interrogation sessions, in which cases there were five synchronized antennas for that session.  There 

were a number of cases where fish that remained in a rearing unit at the end of an interrogation session 

were transferred to another rearing unit (e.g., Table 4); any PIT tagged fish in these groups would have 

been detected with the fish in the rearing unit to which they were transferred and released with that 

group of fish.

 

The detection rates of the fish pump PIT arrays was very high, averaging 0.884 (range 0.755‐0.981) 

across all rearing units (Table 3).   We presumed that detection rates would depend on the number of 

antennas, and the total number and rate at which PIT‐tagged fish passed through the array.  Site 

characteristics adjacent to each rearing unit, such as proximity to metal or electronic noise, could also 

affect antenna performance.  We did not analyze these results statistically because four of the ten 

rearing units were transferred across two days and would not represent independent observations, and 

some fish were moved to different rearing units for transfer or were detected in raceways other than 

their designated rearing unit (Table 4).   Nonetheless, some patterns in detection rates were clear.  

Predictably, detection rates were higher when there were more antennas in the array.   For example, in 

rearing units with a similar number of PIT tags available for interrogation, three antennas produced an 

average detection rate of 0.797 (raceways 40‐42), whereas five or six antennas produced an average 

detection rate of 0.967 (raceways 61‐64; see Table 3).  With twice as many tags to detect and five or six 

antennas in the array, the detection rates were intermediate (average 0.859; CIRC1‐CIRC3).   Within 

interrogation sessions, the antennas in position 3 (on intake pipe closest to fish pump) and position 4 

                                                            1 One of the readers was later determined to have a factory defect at one of the solder connections and was subsequently repaired.  The specific reader/antenna that did not function varied among interrogation sessions, thus we cannot say definitively whether the bad solder was the cause of the observed PIT system behavior. 

6  

(on discharge pipe closest to fish pump) almost always had the highest individual detection rates (Table 

5). 

 

Disposition of tagged fish not detected during interrogation sessions 

Tagged fish presumed available for interrogation but not detected at the fish pump array could 

represent fish not available for detection (e.g., shed tags, unreported mortalities) or those that were 

available but simply not detected (e.g., tag collision, moving too fast).  We did not have a way to directly 

measure this, but to provide some initial insight on which factors might be important we queried PTAGIS 

for how many of the fish from each rearing unit or treatment group that were not detected at the fish 

pump array were subsequently detected at the juvenile PIT array at Lower Granite Dam or at any main‐

stem Columbia River basin (CRB) PIT array downstream from their release site.    We assumed that at 

release, all tagged fish in a rearing unit would survive to and be detected at similar rates at main‐stem 

arrays, whether or not they were detected at the fish pump array.  If the proportion of fish detected at 

main‐stem arrays but not at the fish pump array was less than the proportion of fish detected at both, 

then this would suggest that fewer tags were available for interrogation at the fish pump array (i.e., due 

to tag loss and/or unreported mortality).   The proportion of fish detected at the fish pump array that 

were subsequently detected at Lower Granite Dam was slightly lower for the fish reared in the PRAS 

tanks (mean 0.18) compared to those reared in raceways (mean 0.215), but only one other rearing unit 

(RW40) was statistically different from all three PRAS tanks based on binomial confidence intervals 

(Figure 8A).    For two of three PRAS tanks, the proportion of fish either detected or not detected at the 

fish pump array was statistically equivalent when treated individually (Figure 8A), but the group 

averages were statistically different (Figure 8B).  If the assumptions about equal survival and detection 

rates are correct, then this suggests that for two of the PRAS tanks the non‐detections at the fish pump 

array are mostly missed detections, and do not represent shed tags or unreported mortalities.  The 

group means are more suggestive of shed tags or unreported mortalities, but that difference appears to 

be driven by one rearing unit (CIRC1; Figure 8).  

When detections at all CRB main‐stem sites are considered; the proportion detected again tended to be 

lower for fish reared in PRAS relative to traditional raceways (Figure 9).  Within the PRAS rearing units, 

the proportion of fish either detected or not detected at the fish pump array were statistically different 

for all three comparisons (Figure 9A) and for the group means (Figure 9B).  These observations are more 

suggestive of non‐detections at the fish pump array being influenced by unavailability (e.g., tag loss or 

unreported mortalities). These detections must be interpreted cautiously, however, because the 

assumption of equal survival and detection rates is more tenuous as aggregating detections from a 

variety of sites could potentially introduce bias because of differences in detection rates among 

interrogation sites.  A more robust analysis that the simple summary reported here would involve 

analyzing individual encounter histories using an appropriate capture‐recapture model (e.g., Cormack‐

Jolly‐Seber).  

 Shed tag surveys in effluent settling basins  For the 2016 brood year (2017 release year), there were very few detections of shed tags in the 

abatement area from steelhead reared in either circular (PRAS) tanks or traditional raceways (Table 6; 

7  

Appendix 2).  For the survey within the abatement pond (spoils intact), the estimated detection 

efficiency was 1.0 and there were only two tags detected from PRAS tanks (one each from CIRC1 and 

CIRC3), two detected from raceways (one each from RW64 and RW76), and nine other tags representing 

a combination of tags from previous brood years, disowned tags, or orphan (unknown) tags.  For the 

survey for the spoils that had been removed from the pond, there was only a single tag from the 2016 

brood year detected (from RW42), but the estimated detection efficiency within the spoils was only 0.2 

(0‐0.402 95%CI).   A total of 14 other tags were detected in the removed spoils, of which 10 assigned to 

previous brood years.  If we assume that shed tags originating from PRAS tanks and raceways are 

conveyed through the hatchery plumbing to the abatement area at similar rates, then there is no 

evidence from these limited surveys that fish from the 2016 brood year that were reared in PRAS tanks 

shed their PIT tags at a higher rate than those reared in raceways.  We do not know what caused the 

comparatively low detection efficiency estimate in the removed spoils, but possible factors may include, 

but are not limited to:  tags were broken during transfer of spoils from the pond to the drying location 

(see Figure 4), tags were left behind when the spoils were transferred to the drying area, or tag collisions 

among accumulated tags.  We caution that the detection efficiency estimated for the removed spoils 

only applies tags that were deposited in the abatement pond in 2017; the detection of 10 tags from 

previous brood years in the dried spoils could represent tags that had accumulated from spoils transfers 

in previous years, as well as those that were transferred in 2017 but were deposited earlier.  In the pond 

survey, the detection of PIT tags from brood year 2010 indicates that tags can remain in the pond for 

years, despite the annual removal of the spoils material (Appendix B).   

 

 

Conclusions 

 

Based on interrogation of PIT tagged fish during transfer, surveys for shed tags in the effluent basin, and 

a summary of detections of study fish at interrogation sites in the Columbia River basin, we saw no 

compelling evidence that steelhead reared in PRAS tanks at Hagerman NFH shed their tags at a higher 

rate than those reared in raceways.  We caution here that this only a single year of data and the 

evidence is largely circumstantial and indirect.    Lower detection rates at the fish pump arrays for PRAS 

would be suggestive of tag loss or unreported mortality, but detection rates were very high for all 

rearing units in the study.  Few shed tags from any study fish were detected in the effluent settling 

ponds or the removed spoils.  Interrogation of study fish at main‐stem PIT sites Columbia River basin – 

specifically differences between detection rates of fish that were detected vs. not detected at the fish 

pump array at Hagerman NFH – was the most suggestive of greater tag loss or unreported mortality 

(within the hatchery) of fish reared in PRAS tanks.  The observed differences here were small suggesting 

that, if any differentially greater tag loss or unreported mortality did occur within the hatchery, it was 

substantially less than what produced the observed low apparent survival of PRAS steelhead to Lower 

Granite Dam in 2015 if in‐river survival was similar for these two groups in 2015 and 2017.  We note 

here that a more detailed analysis of individual encounter histories using mark‐recapture methods 

would be needed to provide a more robust, though still indirect, assessment of tag loss and unreported 

mortality.  Also unknown is whether any shed tags were ingested by other fish within the rearing unit, 

which would result in an underestimate of tag loss. 

 

8  

The high detection efficiency at the fish pump arrays, especially when six antennas were deployed, 

renders the question of differential tag loss in PRAS fish somewhat irrelevant.  The detections of fish at 

the fish pump array serves, in effect, as the interrogation site at release, so estimates of in‐river survival 

should be unbiased with respect to any tag loss that occurred in steelhead between their initial tagging 

(in November) and their subsequent release (the following April).  The two common‐sense suggestions 

to maximize the number of detections are to use as many antennas as possible and to transfer the fish 

as slowly as practicable to reduce tag collisions. 

 

Acknowledgements 

Funding was provided through the Lower Snake River Compensation Plan administered by Rod Engle 

and Margaret Anderson.  Anna Ray with the Hagerman NFH assisted with purchasing.  We thank the 

staff at Hagerman NFH for their logistical support in testing the PIT systems and during data collection, 

and also thank Chris Griffith and Mike Murray from the Idaho Fish and Wildlife Conservation Office for 

their help operating the systems.  Christian Smith (Abernathy Fish Technology Center) provided helpful 

comments on the draft report.  The findings and conclusions in this article are those of the authors and 

do not necessarily represent the views of the U.S. Fish and Wildlife Service. 

 

References 

Hanson, K. C. and D. P. Peterson. 2014. Modeling the potential impacts of climate change on Pacific salmon culture programs: an example at Winthrop National Fish Hatchery. Environmental Management 54:433‐448. 

Hill, M. S., G. B. Zydlewski, J. D. Zydlewski, and J. M. Gasvoda.  2006. Development and evaluation of portable PIT tag detection units: PITpacks.  Fisheries Research 77:102–109. 

Timmons, MB. and J.M. Ebeling.  2010.  Recirculating Aquaculture, 2nd edition.  Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY. 

US Fish and Wildlife Service (USFWS). 2016.  Evaluation of Steelhead Reared in a Reuse Aquaculture System at Hagerman NFH.  Unpublished data report to Hagerman NFH Evaluation Team, dated 26 July 2016. 

 

9  

 

Table 1.  Summary of steelhead rearing units at Hagerman NFH used for the PRAS evaluation study.  Steelhead are from brood year 2016.  CIRC 

are PRAS circular tanks, and RW are traditional linear cement raceways.  Fish numbers are approximate based on fish mass at time of 

distribution (transfer to release site) in early April 2017.  Only a fraction of fish in each rearing unit were implanted with PIT tags.  Density index 

is the total fish mass divided by the product of the mean fish length and rearing capacity. 

Rearing unit  Treatment 

Approximate number of fish 

 Approximate percent of fish PIT tagged 

Density index at distribution 

Rearing unit volume (cu ft) 

CIRC1  PRAS  30,678  9.5%  0.19  3,885 

CIRC2  PRAS  31,182  9.3%  0.20  3,885 

CIRC3  PRAS  33,306  8.7%  0.20  3,885 

RW40  Raceway, PRAS density  23,814  5.0%  0.20  3,000 

RW41  Raceway, traditional density  27,108  4.8%  0.22  3,000 

RW42  Raceway, PRAS density  24,005  5.0%  0.20  3,000 

RW61  Raceway, traditional density  26,393  4.9%  0.18  3,000 

RW62  Raceway, PRAS density  23,349  5.1%  0.24  3,000 

RW63  Raceway, traditional density  26,663  5.3%  0.24  3,000 

RW64  Raceway, PRAS density  23,414  5.1%  0.19  3,000 

10  

Table 2.  Summary of PIT interrogation session for steelhead rearing units involved in PRAS evaluation study at Hagerman National Fish Hatchery.  

Some rearing units were transferred over two days, and occasionally fish that remained at the end of an interrogation session were transferred 

to another unit.  Unique detections do not include test tags. 

Rearing unit  Date 

PIT system 

Start time 

End time 

Interrogation time (min) 

Unique tags detected  Notes 

CIRC1  4/10/2017  Mykiss1  8:10  9:05  0:55  2,502  Reader 2 did not work 

CIRC2  4/10/2017  Mykiss1  9:10  9:30  0:20  1,062  Reader 6 did not work 

CIRC2  4/11/2017  Mykiss1  8:00  8:45  0:45  1,367  A few fish remaining after interrogation session were transferred to CIRC3 

CIRC3  4/11/2017  Mykiss1  8:50  9:15  0:25  2,196    

CIRC3  4/12/2017  Mykiss2  7:48  8:33  0:45  298    

RW40  4/10/2017  Mykiss2  7:45  9:08  1:23  966    

RW41  4/10/2017  Mykiss2  9:17  9:34  0:17  554    

RW41  4/11/2017  Mykiss2  7:45  8:03  0:18  426    

RW42  4/11/2017  Mykiss2  8:14  9:11  0:57  965    

RW61  4/12/2017  Mykiss1  7:50  8:33  0:43  1,249  Reader 1 did not work; a few fish remaining after interrogation session were transferred to RW62 

RW62  4/12/2017  Mykiss1  9:03  9:41  0:38  1,135  Reader 1 did not work; Reader 2 had delayed start 

RW63  4/12/2017  Mykiss1  9:47  10:11  0:24  1,064  Reader 1 did not work; a few fish remaining after interrogation session were transferred to RW63 

RW63  4/13/2017  Mykiss1  7:45  7:52  0:07  263  

RW64  4/13/2017  Mykiss1  8:04  8:40  0:36  1,161  Reader 2 had delayed start 

 

 

11  

Table 3.  Summary of unique PIT tag detections of steelhead, by rearing unit, for steelhead in the PRAS evaluation study.  Number of 

antennas/readers varied among interrogation sessions, and some units were transferred over two days.   

Rearing unit 

No. of antennas 

 Days to transfer 

Tagged fish on filea  Mortalitiesb 

Recovered in settling pondsc 

Available for interrogation d 

Unique detections 

Time (min) e 

Proportion of tagged fish detectedf 

CIRC1  5  1  2,901  17  1  2,883  2,502  55  0.868 

CIRC2  5  2  2,894  18  ‐  2,876  2,429  65  0.845 

CIRC3  6 and 3  2  2,895  9  1  2,885  2,494  70  0.864 

RW40  3  1  1,201  9  ‐  1,192  966  83  0.810 

RW41  3  2  1,299  4  ‐  1,295  978  35  0.755 

RW42  3  1  1,199  28  1  1,170  965  57  0.825 

RW61  5  1  1,299  15  ‐  1,284  1,249  43  0.973 

RW62  6  1  1,200  17  ‐  1,183  1,135  38  0.959 

RW63  5 and 6  2  1,400  17  ‐  1,383  1,327  31  0.960 

RW64  6  1  1,199  14  1  1,184  1,161  36  0.981 

 

Notes: 

a   Total number of unique PIT tag codes for that rearing unit based on initial tagging in November 2016. 

b  PIT‐tagged fish that died between initial tagging (November 2016) and transfer and released (April 2017), and that were recovered and scanned for PIT tags.   

c PIT tags from study fish that were detected in abatement ponds and that were not already accounted for in mortalities. 

d Maximum number of PIT‐tagged steelhead alive and available for interrogation at PIT antennas during fish transfer 

e Total or aggregate time to complete the interrogation of an entire rearing unit. 

f Unique detections divided by the maximum number of PIT‐tagged steelhead alive and available for interrogation at PIT antennas during fish transfer.  Values for some rearing units are aggregated across two interrogation sessions. 

   

12  

Table 4.  Summary of detections by rearing unit and interrogation sessions.  Rows represent the number of PIT tag detections from that rearing unit based on the initial tagging files, and columns represent the total number of unique tags detected within an interrogation session for that rearing unit.  Off‐diagonal values are detections of fish was detected in an interrogation session that was different from its initial rearing unit. 

 

  Interrogation session  

Rearing unit  CIRC1  CIRC2  CIRC3  RW40  RW41  RW42  RW61  RW62  RW63  RW64 

CIRC1  2502  5    CIRC2    2423  8    CIRC3    2483    RW40    963  2    RW41    1  976  5    RW42    1    960    RW61    1248  8    RW62  1  1127  12 

RW63  1314  6 

RW64    1  1154 

 

 

   

13  

Table 5.  Summary of tag detections by antenna for each interrogation sessions and raw detection efficiencies.  Detections are the total number 

of unique PIT tag codes detected by that antenna, and the raw detection rates are the unique detections divided by the total number of unique 

codes detected across all antennas in that session.  Raw detection rates do not account for the interrogation history of each unique tag code.  

Values are color coded to emphasize differences in estimated detection rates for individual antennas within an interrogation session (i.e., across 

each row)  Values in brackets were cases where the reader did not turn on immediately or was not functioning properly and were excluded from 

calculating raw detection rates. 

Detections of unique tags        

Raw detection rates  

Unit  ANT1  ANT2  ANT3  ANT4  ANT5  ANT6 Total unique     ANT1  ANT2  ANT3  ANT4  ANT5  ANT6 

CIRC1  1461  ‐  1573  1642  1272  1308  2502    0.584    0.629  0.656  0.508  0.523 

CIRC2  492  154  562  609  430  ‐  1062    0.463  0.145  0.529  0.573  0.405   CIRC2  841  851  901  924  692  528  1367    0.615  0.623  0.659  0.676  0.506  0.386 

CIRC3  1168  1137  1192  1457  1038  933  2196    0.532  0.518  0.543  0.663  0.473  0.425 

CIRC3  ‐  ‐  ‐  236  199  222  298  0.792  0.668  0.745 

RW40  ‐  ‐  ‐  691  662  665  966  0.715  0.685  0.688 

RW41  ‐  ‐  ‐  254a  395  388  554    0.458  0.713  0.700 

RW41  ‐  ‐  ‐  347  325  278  424    0.818  0.767  0.656 

RW42  ‐  ‐  ‐  772  671  612  965    0.800  0.695  0.634 

RW61  [5]  841  1029  954  839  724  1249    0.673  0.824  0.764  0.672  0.580 

RW62  [3]  885  907  864  692  365  1135    0.780  0.799  0.761  0.610  0.322 

RW63  [138]  567  752  762  494  440  1064    0.533  0.707  0.716  0.464  0.414 

RW63  197  166  210  215  201  213  263    0.749  0.631  0.798  0.817  0.764  0.810 

RW64  821  757  845  856  648  697  1161    0.707  0.652  0.728  0.737  0.558  0.600 

 

Notes: 

a   High noise alarm from PIT reader.  Detection rates likely affected.   Metal collar removed from discharge tube adjacent to the antenna.  

14  

 

Table 6.  Summary of PIT tag detections in Hagerman NFH abatement area during July 2017.  Detection 

efficiency was estimated using 15 test tags per survey location, and confidence intervals (CI) are based 

on normal approximation of the binomial. 

 

       Count of detections  

 Survey location 

 Estimated detection efficiency (95% CI) 

   2017 circular tanks 

 2017 raceways 

Previous brood years 

  Disowned 

  Orphans 

Pond  1.0     2  2  3  5  1 Spoils  0.2 (0 – 0.402)    0  1  10  3  1 

 

 

 

15  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1.  Traditional flow‐through concrete raceway (left) and large circular tank used in a partial reuse 

aquaculture system (PRAS; right) used to rear steelhead at Hagerman National Fish Hatcheries (photo 

credit:  Rod Engle, USFWS, LSRCP). 

 

 

16  

 

 

Figure 2.  Fish pump and tower system used by Hagerman NFH to move fish from rearing units 

(raceways or tanks) to trucks for transport to their release site in the Snake River basin.  Rectangular PIT 

antennas on the flexible intake suction hose are visible in the center foreground, and circular antennas 

are visible on the discharge pipe at center. 

 

   

Circular antenna 

Rectangular 

antenna 

17  

 

 

 

Figure 3.  PIT antennas on the suction intake hose (top) and discharge pipe (bottom) of the fish pump 

system used by Hagerman National Fish Hatchery to transfer fish from rearing units to transport trucks.

18  

 

 

Figure 4.  Aerial view of the two abatement ponds (labeled A and B) at Hagerman National Fish 

Hatchery.  Location C indicates where solid organic material from the ponds is placed after the ponds 

have been drawn down.  During normal annual operations, pond A is drained and the organic material at 

the bottom is removed to location C using heavy equipment.  Pond A is then refilled concurrent with the 

draining of pond B.  The organic material from pond B is then moved to location C. 

19  

 

 

Figure 5.  Waterproof case housing the battery and reader of the mobile PIT antenna system (PITpack), 

and the Windows‐based tablet computer and associated harness for real‐time data tracking (top photo).  

Example of PIT pack system in use in an irrigation canal.  The system electronics are carried in a 

backpack, and the biologist is holding the antenna (bottom photo). 

   

20  

 

 

Figure 6.  Rectangular shaped dredge spoils removed from the northeast abatement pond at Hagerman 

National Fish Hatchery in late June 2017.  

 

 

Figure 7.  The southwest abatement pond at Hagerman National Fish Hatchery on July 5, 2017, showing 

the gridded survey pattern created by the biologist’s survey using the mobile PIT antenna system 

(PITpack). 

   

21  

 

 

Figure 8.  Proportion of PIT‐tagged steelhead by treatment group and rearing unit that were detected at 

Lower Granite Dam (GRJ).  Points distinguish between fish were detected or not detected at the 

Hagerman NFH fish pump PIT array, and panels show individual rearing units (a) and treatment group 

means (b).   Lower Granite Dam detections were from a PTAGIS query conducted on 12/20/2017. 

22  

 

 

Figure 9.  Proportion of PIT‐tagged steelhead by treatment group and rearing unit that were detected at 

any mainstem Columbia River basin (CRB) PIT array downstream from the release site.  Points 

distinguish between fish were detected or not detected at the Hagerman NFH fish pump PIT array, and 

panels show individual rearing units (a) and treatment group means (b).  Columbia River basin 

detections were from a PTAGIS query conducted on 12/20/2017. 

 

23  

 

 

 

Appendices

24  

Appendix A.  Performance results for two portable PIT systems (mykiss1, mykiss2) with test tags passed through fish pump systems at Hagerman 

National Fish Hatchery during March 14‐15, 2017.  Antennas positions 1‐3 are on the intake suction hose, and positions 4‐6 are on the discharge 

pipe.  Trials varied by type of test tag, how the tags were released, number of antennas, antenna position, and antenna configuration. 

            Number of detections by antenna (ANT)   

Unit  Trial  Rep Test tag type 

No. tags released 

Release mode  ANT1  ANT2  ANT3  ANT4  ANT5  ANT6 Antenna configuration 

Mykiss1  1  1  pingpong  25  clumped  15  16  15  6  3  0  a 

Mykiss1  1  2  pingpong  25  clumped  14  16  13  10  2  0  a 

Mykiss1  1  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  25  25  7  0  0  a 

Mykiss1  2  1  pingpong  25  one‐at‐a‐time  24  0  25  11  1  0  b 

Mykiss1  2  2  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  25  25  8  1  0  b 

Mykiss1  2  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  25  25  7  2  0  b 

Mykiss1  3  1  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  25  25  6  1  0  c 

Mykiss1  3  2  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  3  25  8  2  0  c 

Mykiss1  3  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  24  0  25  10  3  0  c 

Mykiss1  4  1  dowel  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  10  10  9  d 

Mykiss1  4  2  dowel  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  10  10  10  d 

Mykiss1  4  3  dowel  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  10  10  10  d 

Mykiss1  5  1  dowel  10  one‐at‐a‐time; perpendicular to flow  ‐  ‐  ‐  10  10  10  d 

Mykiss1  5  2  dowel  10  one‐at‐a‐time; perpendicular to flow  ‐  ‐  ‐  10  10  10  d 

Mykiss1  5  3  dowel  10  one‐at‐a‐time; perpendicular to flow  ‐  ‐  ‐  10  10  9  d 

Mykiss1  6  1  pingpong  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  5  2  1  d 

Mykiss1  6  2  pingpong  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  3  3  0  d 

Mykiss1  6  3  pingpong  10  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  5  2  0  d 

Mykiss1  7  1  dowel  2  simultaneous  ‐  ‐  ‐  1  2  0  d 

Mykiss1  7  2  dowel  2  simultaneous  ‐  ‐  ‐  1  1  0  d 

Mykiss1  7  3  dowel  2  simultaneous  ‐  ‐  ‐  0  0  0  d 

Mykiss2  8  1  pingpong  25  one‐at‐a‐time  22  24  20  ‐  ‐  ‐  e 

Mykiss2  8  2  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  24  23  ‐  ‐  ‐  e 

25  

            Number of detections by antenna (ANT)   

Unit  Trial  Rep Test tag type 

No. tags released 

Release mode  ANT1  ANT2  ANT3  ANT4  ANT5  ANT6 Antenna configuration 

Mykiss2  8  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  22  23  24  ‐  ‐  ‐  e 

Mykiss2  9  1  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  21  23  ‐  ‐  ‐  f 

Mykiss2  9  2  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  24  25  ‐  ‐  ‐  f 

Mykiss2  9  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  25  23  24  ‐  ‐  ‐  f 

Mykiss2  10  1  pingpong  25  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  11  10  2  d 

Mykiss2  10  2  pingpong  25  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  10  5  1  d 

Mykiss2  10  3  pingpong  25  one‐at‐a‐time  ‐  ‐  ‐  15  7  3  d 

Mykiss2  11  1  dowel  25  one‐at‐a‐time; extra flow  ‐  ‐  ‐  19  14  23  d 

Mykiss2  11  2  dowel  25  one‐at‐a‐time; extra flow  ‐  ‐  ‐  17  21  21  d 

Mykiss2  11  3  dowel  21  one‐at‐a‐time; extra flow  ‐  ‐  ‐  13  19  19  d 

Mykiss2  11  4  dowel  25  one‐at‐a‐time; extra flow  ‐  ‐ ‐ 17  22  22  d 

 

Antenna configurations details: 

a: 1.22 m spacing of rectangular antennas on intake, 0.61 m spacing of circular antennas on discharge, excitation voltage AVE1 (12 V) 

b: 1.22 m spacing of rectangular antennas on intake, 0.61 m spacing of circular antennas on discharge, #1‐3 excitation voltage AVE1, #4‐

6 excitation voltage AVE2 (14 V) 

c: 1.22 m spacing of rectangular antennas on intake, 0.61 m spacing of circular antennas on discharge, #1‐3 excitation voltage AVE1, #4‐6 

excitation voltage AVE5 (20 V) 

d:  0.61 m spacing of circular antennas on discharge,  #4‐6 excitation voltage AVE5 

e: 1.22 m spacing of circular antennas on intake  #1‐3 excitation voltage AVE1 

f: 1.22 m spacing of circular antennas on intake  #1‐3 excitation voltage AVE5 

 

26  

Appendix B.  Mobile antenna detections of PIT tags in the abatement area of Hagerman NFH in July 5, 2017.  Survey locations were the drained 

abatement pond (Pond) and spoils that had been removed from the other abatement pond placed on dry land above the ponds (Removed 

spoils).  Tag assignments were based on review of PTAGIS, Hagerman NFH data files, and test (control) tag files.  Control tags were placed in the 

ponds to provide a basis for estimating detection efficiency, and dates indicate release year. 

Survey location  PITpack#  Antenna#  Tag ID  Assignment  Notes 

Pond  1  3  3DD.00779655D8  Orphan  Pond  1  3  3DD.00778488FF  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784B510  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784CCEE  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784D1B8  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784D21D  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784D286  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784D2C8  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784D5F9  Control ‐ B 

Pond  1  3  3DD.007784D6F5  Control ‐ B 

Pond  1  3  3DD.007784F4F4  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007784F7FA  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007785265D  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.0077854F1E  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.0077858CFC  Control ‐ B  Pond  1  3  3DD.007785AF03  Control ‐ B  Pond  1  3  3D9.1C2DD4195A  Disowned  Pond  1  3  3DD.007777AAB4  Disowned  reported as a mortality (from CIRC2) 

Pond  1  3  3DD.007777D96E  Disowned  reported as a mortality (from CIRC3) 

Pond  1  3  3DD.0077780ED6  Disowned  reported as a mortality (from CIRC1) 

Pond  1  3  3DD.0077782012  Disowned  Pond  1  3  3DD.007793A519  Disowned  reported as a mortality (from RW48) 

Pond  1  3  3D9.1C2CFC6082  2010  Pond  1  3  3D9.1C2D04FF98  2010 

27  

Survey location  PITpack#  Antenna#  Tag ID  Assignment  Notes 

Pond  1  3  3D9.1C2DE5701A  2013  Pond  1  3  3DD.007776C36B  2017 – CIRC3  Pond  1  3  3DD.0077787095  2017 – CIRC1  Pond  1  3  3DD.0077848036  2017 – RW64  Pond  1  3  3DD.0077934EC7  2017 – RW76  Removed spoils  2  2  3D9.1C2DD4E932  Disowned   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2DE1555D  Disowned   

Removed spoils  2  2  3DD.007743847C  Disowned   

Removed spoils  2  2  3DD.0077848A22  Control – A   

Removed spoils  2  2  3DD.007784C374  Control – A   

Removed spoils  2  2  3DD.007784C552  Control – A   

Removed spoils  2  2  3DD.00779655D8  Orphan   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2CFD169E  2010   

Removed spoils  2  2  384.1B796A0D52  2011   

Removed spoils  2  2  384.1B796A125D  2011   

Removed spoils  2  2  384.1B796A2AA8  2011   

Removed spoils  2  2  384.1B796A95C3  2011   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2DD425C5  2012   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2DF67180  2013   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2DF69A5F  2013   

Removed spoils  2  2  3D9.1C2DF6A83B  2013   

Removed spoils  2  2  3DD.003BE074F8  2016   

Removed spoils  2  2  3DD.007776E894  2017 – RW42   

 

U.S. Fish & Wildlife Service Abernathy Fish Technology Center Longview, Washington, 98632 Phone:360-425-6072 https://www.fws.gov/aftc/