Indeks stanu troficznego

Indeks stanu troficznego (wskaźnik Carlsona, ang. trophic state index, TSI) – wskaźnik jakości wód jeziornych oceniający ich stan troficzny na podstawie trzech parametrów środowiska.

Trofia wód jeziornych jest skomplikowanym pojęciem mówiącym o ich żyzności i produktywności. Do jej oceny stosowane są różne miary, między innymi stężenie zawartego w wodzie fosforu, przejrzystość wód (jako przeciwieństwo zawartości sestonu) czy obfitość fitoplanktonu. Indeks stanu troficznego Carlsona jest wskaźnikiem łączącym te trzy miary, biorąc pod uwagę stężenie fosforu całkowitego, widzialność krążka Secchiego i stężenie chlorofilu a[1].

Robert Carlson opracował swój wskaźnik w celu możliwości przedstawienia stanu troficznego przy pomocy jednej liczby, a przyjęte wskaźniki cząstkowe dobrał tak, aby w zasadzie dało się ją wyliczyć na podstawie jednego z nich, podczas gdy pozostałe pozostają w ścisłym związku matematycznym[2]. Zgodnie z jego założeniami kolejne klasy stanu troficznego powinny być wyznaczane przez podwojenie obfitości fitoplanktonu, a zarazem skrócenie o połowę głębokości widzialności krążka Secchiego. Za punkt zerowy przyjął największą znaną sobie wartość widzialności krążka Secchiego zaokrągloną do wartości całkowitej na skali logarytmicznej. Wartość ta to 41,6 m zanotowana w jeziorze Masyuko, a zaokrąglenie dało wartość 64. Dzięki temu wyznaczył następujący wzór na stan troficzny: TSI = 10(6-log2 SD). Następnie na podstawie danych o regresji pomiędzy różnymi miarami stanu troficznego przeliczył wzór oparty na widzialności krążka Secchiego na oparty na stężeniu chlorofilu a oraz fosforu całkowitego. W ten sposób wyznaczył trzy wzory[3]:

Wzory te są również przedstawiane w postaci[1][4]:

  • TSI(SD) = 60 – 14,41 ln(SD)
  • TSI(CHL) = 9,81 ln(CHL) + 30,6
  • TSI(TP) = 14,42 ln(TP) + 4,15

SD, to widzialność krążka Secchiego, Chl – stężenie chlorofilu a, TP – stężenie fosforu całkowitego.

TSI przyjmuje wartości od 0 do 100, choć teoretycznie mógłby być nieskończenie mały lub nieskończenie duży. Wartości poniżej 30 oznaczają oligotrofię, 40–50 – mezotrofię, 50–60 – eutrofię, a powyżej 70 – hipetrofię[4].

Zgodnie z założeniami, wszystkie trzy wskaźniki powinny być równoważne. W praktyce jednak różnice między nimi mogą być znaczne[2]. Gdy są one sobie równe, mówi to o tym, że glony planktonowe są głównym czynnikiem odpowiadającym za tłumienie światła, a stosunek azotu do fosforu w wodzie jest bliski 33:1. Gdy wskaźnik TSI(Chl) jest wyższy niż TSI(SD), oznacza to, że dominują glony tworzące duże kolonie, np. Aphanizomenon. Jeżeli TSI(TP) i TSI(SD) są równe sobie i wyższe od TSI(Chl), oznacza to, że nie glony są głównie odpowiedzialne za tłumienie światła, lecz inne cząstki (trypton) lub substancje nadające wodzie intensywne zabarwienie. Jeżeli TSI(SD) jest równe TSI(Chl), a oba wskaźniki są wyższe od TSI(TP), oznacza to, że, zgodnie z prawem minumum Liebiga, czynnikiem limitującym wzrost glonów jest ilość fosforu, a stosunek azotu do fosforu jest wyższy niż 33:1. W odwrotnej sytuacji, to nie fosfor jest czynnikiem limitującym wzrost glonów, lecz inne czynniki, np. ilość azotu czy presja zwierząt spasających fitoplankton lub też obecność algicydów[4].

Wskaźniki Carlsona stały się inspiracją do konstruowania innych, podobnych wskaźników, np. opartych na stężeniu azotu[4]. W praktyce naukowej stosowane są również inne wskaźniki oparte na kilku podstawowych parametrach fizyczno-chemicznych wód[1]. Wśród nich jest wskaźnik o identycznym skrócie TSI – trophic status index, oparty również na przezroczystości wód i zawartości fosforu, ale trzecim wskaźnikiem cząstkowym jest natlenienie wód[5].

Przypisy

  1. ↑ a b c Piotr Panek. Wskaźniki biotyczne stosowane w monitoringu wód od czasu implementacji w Polsce Ramowej Dyrektywy Wodnej. „Przegląd Przyrodniczy”. XXII (3), s. 111–123, 2011. Klub Przyrodników (pol.). 
  2. ↑ a b Zdzisław Kajak: Hydrobiologia-limnologia. Ekosystemy wód śródlądowych. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998, s. 242–243. ISBN 83-01-12537-3. (pol.)
  3. ↑ Robert E. Carlson. A trophic state index for lakes. „Limnology and oceanography”. 22 (2), s. 361–369, 1977. DOI: 10.4319/lo.1977.22.2.0361 (ang.). 
  4. ↑ a b c d Trophic State Equations (ang.). North American Lake Management Society. [dostęp 2017-06-26].
  5. ↑ Angelo Solimini, Christine Argillier, Angela Boggero, Jürgen Böhmer, Muriel Gevrey, Gorazd Urbanič, Georg Wolfram: Water Framework Directive Intercalibration Technical Report. Alpine Lake Benthic invertebrate ecological assessment methods. Sandra Poikane (red.). Luksemburg: Joint Research Centre, 2014, s. 46, seria: JRC Technical Reports. DOI: 10.2788/74387. ISBN 978-92-79-35467-0.