Индекс трофического состояния - Trophic state index

Озеро Джордж, Нью-Йорк , олиготрофное озеро

Индекс трофического состояния ( TSI ) - это система классификации, предназначенная для оценки водных объектов на основе их биологической продуктивности . Хотя термин «трофический индекс» обычно применяется к озерам, индексировать можно любой поверхностный водный объект.

TSI водоема оценивается по шкале от нуля до ста. По шкале TSI водные объекты могут быть определены как:

• олиготрофные (TSI 0–40, наименьшая биологическая продуктивность, «хорошее» качество воды);
• мезотрофный (TSI 40–60, средний уровень биологической продуктивности, «удовлетворительное» качество воды); или
• от эвтрофного до гиперэвтрофного (TSI 60–100, имеющий наибольшую биологическую продуктивность, «плохое» качество воды).

Количество азота , фосфора и других биологически полезных питательных веществ является основными детерминантами TSI водного объекта. Такие питательные вещества, как азот и фосфор, как правило, ограничивают ресурсы в стоячих водоемах, поэтому повышенные концентрации, как правило, приводят к усилению роста растений с последующим повышением последующих трофических уровней . Следовательно, трофический индекс иногда может использоваться для грубой оценки биологического состояния водоемов.

Индекс трофического состояния Карлсона

Индекс Карлсона был предложен Робертом Карлсоном в его основополагающей статье 1977 года «Индекс трофического состояния озер». Это один из наиболее часто используемых трофических индексов и трофический индекс, используемый Агентством по охране окружающей среды США . Трофическое состояние определяется как общий вес биомассы в данном организме воды во время измерения. Поскольку они вызывают озабоченность общественности, индекс Карлсона использует биомассу водорослей в качестве объективного классификатора трофического статуса озера или другого водоема. Согласно Агентству по охране окружающей среды США, индекс Карлсона следует использовать только для озер с относительно небольшим количеством корневых растений и источниками мутности, не относящимися к водорослям.

Индексная переменная

Поскольку они имеют тенденцию коррелировать, для расчета индекса Карлсона можно использовать три независимые переменные: пигменты хлорофилла , общий фосфор и глубину Секки . Из этих трех хлорофилл, вероятно, даст наиболее точные измерения, поскольку он является наиболее точным предсказателем биомассы. Фосфор может быть более точной оценкой летнего трофического статуса водоема, чем хлорофилл, если измерения проводятся зимой. Наконец, глубина Секки, вероятно, является наименее точным, но также наиболее доступным и целесообразным способом измерения. Следовательно, в программах мониторинга граждан и других добровольных или крупномасштабных опросах часто используется глубина Секки. Путем перевода значений прозрачности по Секки в логарифмическую шкалу с основанием 2 каждое последующее удвоение биомассы представляется в виде целого числа индекса. Глубина Секки, которая измеряет прозрачность воды, показывает концентрацию растворенных и твердых частиц в воде, которые, в свою очередь, могут использоваться для получения биомассы. Эта связь выражается в следующем уравнении:

${\ displaystyle \ left ({\ frac {1} {z}} \ right) \ left (\ ln {\ frac {I_ {0}} {I_ {z}}} \ right) = k_ {w} + \ альфа C}$

где z = глубина, на которой диск исчезает,

I ₀ - интенсивность света, падающего на поверхность воды,

I _z составляет около 10% от I ₀ и считается постоянным,

k _w - коэффициент ослабления света водой и растворенными веществами,

α рассматривается как константа с единицами измерения квадратных метров на миллиграмм и

C - концентрация твердых частиц в миллиграммах на кубический метр.

Трофические классификации

Озеро обычно классифицируется как относящееся к одному из трех возможных классов: олиготрофное , мезотрофное или эвтрофное . Озера с экстремальными трофическими показателями также могут считаться гиперолиготрофными или гиперэвтрофными (также «гипертрофическими»). В таблице ниже показано, как значения индекса преобразуются в трофические классы.

Олиготрофные озера обычно содержат очень мало или совсем не содержат водной растительности и относительно прозрачны, в то время как в эвтрофных озерах, как правило, обитает большое количество организмов, включая цветение водорослей. Каждый трофический класс также поддерживает разные виды рыб и других организмов. Если биомасса водорослей в озере или другом водоеме достигает слишком высокой концентрации (скажем,> 80 TSI), может произойти массовая гибель рыбы, поскольку разлагающаяся биомасса деоксигенирует воду.

Олиготрофный

Озеро Куртковец , олиготрофное озеро в Татрах на юге Польши.

Лимнологи используют термин « олиготрофные » или «гипотрофные» для описания озер, которые имеют низкую первичную продуктивность из-за дефицита питательных веществ. (Это контрастирует с эвтрофными озерами, которые являются высокопродуктивными из-за обилия питательных веществ, которые могут возникнуть в результате человеческой деятельности, такой как сельское хозяйство в водоразделе.)

Олиготрофные озера являются наиболее распространенными в холоде, скудно развитые регионы, которые подстилаются кристаллическом изверженных , гранитная коренная порода. Благодаря низкому производству водорослей в этих озерах очень чистая вода с высоким качеством питьевой воды .

Озера, в которых имеется перемешивание слоев, классифицируются в категории голомиктических , тогда как озера, в которых отсутствует межслоевое перемешивание, постоянно стратифицированы и, следовательно, называются меромиктическими .

Обычно в голомиктическом озере осенью охлаждение эпилимниона снижает стратификацию озера, тем самым позволяя происходить перемешиванию. Ветры помогают в этом процессе. Таким образом, именно глубокое перемешивание озер (которое чаще всего происходит осенью и в начале зимы в голомиктических озерах мономиктического подтипа) позволяет переносить кислород из эпилимниона в гиполимнион.

Таким образом, олиготрофные озера могут иметь значительное количество кислорода до глубины, на которой происходит вышеупомянутое сезонное перемешивание, но они будут испытывать дефицит кислорода ниже этой глубины. Поэтому в олиготрофных озерах часто обитают такие виды рыб , как озерная форель , которым требуется холодная, хорошо насыщенная кислородом вода. Содержание кислорода в этих озерах является функцией их сезонно смешанного гиполимнетического объема. Гиполимнетические объемы, которые являются бескислородными, приведут к скоплению рыб в местах, где кислорода достаточно для их потребностей.

Гиполимнион чаще страдает аноксией летом, когда не происходит перемешивания. В отсутствие кислорода в эпилимнионе разложение может вызвать гипоксию в гиполимнионе.

Мезотрофный

Озера мезотрофные - озера среднего уровня продуктивности. Эти озера обычно представляют собой озера с чистой водой и пруды с зарослями затопленных водных растений и средним уровнем содержания питательных веществ.

Термин мезотрофный также применяется к наземным местообитаниям. Мезотрофные почвы имеют умеренный уровень питательных веществ.

Эвтрофный и гипертрофический

Эвтрофный

Цветение водорослей в деревенской реке в горах недалеко от Чэнду , Сычуань , Китай

Эвтрофный водоем, обычно озеро или пруд, обладает высокой биологической продуктивностью. Из-за чрезмерного количества питательных веществ, особенно азота и фосфора, эти водоемы способны поддерживать изобилие водных растений. Обычно в водоеме преобладают водные растения или водоросли. Когда преобладают водные растения, вода обычно прозрачная. Когда водоросли преобладают, вода становится темнее. Водоросли участвуют в фотосинтезе, который поставляет кислород рыбам и биоте, населяющим эти воды. Иногда происходит чрезмерное цветение водорослей, которое в конечном итоге может привести к гибели рыб из-за дыхания водорослями и живущими на дне бактериями. Процесс эвтрофикации может происходить как естественным образом, так и в результате антропогенного воздействия на окружающую среду .

Eutrophic происходит от греческого eutrophos, означающего « сытный », от eu, означающего добро, и trephein, что означает «питать».

Гипертрофический

Гипертрофные или гиперэвтрофные озера - это очень богатые питательными веществами озера, характеризующиеся частым и сильным цветением водорослей и низкой прозрачностью. Гипереутрофные озера имеют глубину видимости менее 3 футов (90 см), они содержат более 40 микрограммов / литр общего хлорофилла и более 100 микрограмм / литр фосфора .

Чрезмерное цветение водорослей также может значительно снизить уровень кислорода и препятствовать функционированию жизни на более низких глубинах, создавая мертвые зоны под поверхностью.

Точно так же крупное цветение водорослей может вызвать биоразбавление , то есть уменьшение концентрации загрязнителя с увеличением трофического уровня . Это противоположно биомагнификации и происходит из-за снижения концентрации из-за увеличения поглощения водорослями.

Драйверы трофического индекса

Как природные, так и антропогенные факторы могут влиять на трофический индекс озера или другого водоема. Водоем, расположенный в богатом питательными веществами регионе с высокой чистой первичной продуктивностью, может быть естественным эвтрофным. Питательные вещества, поступающие в водоемы из неточечных источников, таких как сельскохозяйственные стоки, удобрения из жилых помещений и сточные воды, увеличивают биомассу водорослей и могут легко привести к тому, что олиготрофное озеро станет гиперэвтрофным.

Цели управления

Часто желаемый трофический индекс различается между заинтересованными сторонами. Энтузиасты водоплавающих птиц (например, охотники на уток) могут захотеть, чтобы озеро было эвтрофным, чтобы поддерживать большую популяцию водоплавающих птиц. Однако жители могут захотеть, чтобы одно и то же озеро было олиготрофным, так как оно более подходящее для купания и катания на лодках. Агентства по природным ресурсам, как правило, несут ответственность за согласование этих конфликтующих видов использования и определение того, каким должен быть трофический индекс водного объекта.

Смотрите также

• Биомасса (экология)
• Эвтрофикация
• Загрязнение из неточечных источников
• Диск Секки
• Поверхностный сток
• Трофический уровень
• Индекс трофического уровня , аналогичный показатель, используемый в Новой Зеландии.
• Качество воды
• Список нарушений биологического развития

Примечания

использованная литература