Índice de estado trófico
Medida de la capacidad del agua para sostener la productividad biológica
Lago George, Nueva York , un lago oligotrófico

El índice de estado trófico ( TSI ) es un sistema de clasificación diseñado para calificar los cuerpos de agua en función de la cantidad de productividad biológica que sostienen. [1] Aunque el término "índice trófico" se aplica comúnmente a los lagos, cualquier cuerpo de agua superficial puede ser indexado.

El TSI de una masa de agua se califica en una escala de cero a cien. [1] Según la escala TSI, las masas de agua pueden definirse como: [1]

  • oligotrófico (TSI 0–40, con la menor cantidad de productividad biológica, calidad del agua "buena");
  • mesotrófico (TSI 40–60, con un nivel moderado de productividad biológica, calidad del agua "regular"); o
  • eutrófico a hipereutrófico (TSI 60–100, con la mayor cantidad de productividad biológica, calidad del agua "mala").

Las cantidades de nitrógeno , fósforo y otros nutrientes biológicamente útiles son los determinantes principales del índice trófico de un cuerpo de agua. Los nutrientes como el nitrógeno y el fósforo tienden a ser recursos limitantes en los cuerpos de agua estancada, por lo que el aumento de las concentraciones tiende a resultar en un mayor crecimiento de las plantas, seguido de aumentos corolarios en los niveles tróficos posteriores . [a] En consecuencia, el índice trófico a veces puede usarse para hacer una estimación aproximada de la condición biológica de los cuerpos de agua. [2]

Índice de estado trófico de Carlson

El índice de Carlson fue propuesto por Robert Carlson en su artículo seminal de 1977, "Un índice de estado trófico para lagos". [3] Es uno de los índices tróficos más utilizados y es el índice trófico utilizado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . [2] El estado trófico se define como el peso total de la biomasa en un cuerpo de agua determinado en el momento de la medición. Debido a que son de interés público, el índice de Carlson utiliza la biomasa de algas como un clasificador objetivo del estado trófico de un lago u otro cuerpo de agua. [3] Según la EPA de los Estados Unidos, el índice de Carlson solo debe usarse con lagos que tengan relativamente pocas plantas enraizadas y fuentes de turbidez no algal. [2]

Variable de índice

Debido a que tienden a correlacionarse, se pueden utilizar tres variables independientes para calcular el índice Carlson: pigmentos de clorofila , fósforo total y profundidad de Secchi . De estas tres, la clorofila probablemente producirá las medidas más precisas, ya que es el predictor más preciso de la biomasa. El fósforo puede ser una estimación más precisa del estado trófico de verano de un cuerpo de agua que la clorofila si las mediciones se realizan durante el invierno. Finalmente, la profundidad de Secchi es probablemente la medida menos precisa, pero también la más asequible y conveniente. En consecuencia, los programas de monitoreo ciudadano y otros estudios voluntarios o de gran escala a menudo utilizarán la profundidad de Secchi. Al traducir los valores de transparencia de Secchi a una escala de base logarítmica 2, cada duplicación sucesiva de la biomasa se representa como un número de índice entero. [4] La profundidad de Secchi, que mide la transparencia del agua, indica la concentración de material disuelto y particulado en el agua, que a su vez se puede utilizar para derivar la biomasa. Esta relación se expresa en la siguiente ecuación:

( 1 el ) ( En ⁡ I 0 I el ) = a el + alfa do {\displaystyle \left({\frac {1}{z}}\right)\left(\ln {\frac {I_{0}}{I_{z}}}\right)=k_{w}+\alpha C}
donde z = la profundidad a la que desaparece el disco,
I 0 es la intensidad de la luz que incide sobre la superficie del agua,
I z es aproximadamente el 10% de I 0 y se considera una constante,
k w es un coeficiente de atenuación de la luz por el agua y las sustancias disueltas,
α se trata como una constante con las unidades de metros cuadrados por miligramo y
C es la concentración de partículas en unidades de miligramos por metro cúbico. [3]

Clasificaciones tróficas

Un lago suele clasificarse en una de tres posibles clases: oligotrófico , mesotrófico o eutrófico . Los lagos con índices tróficos extremos también pueden considerarse hiperoligotróficos o hipereutróficos (también "hipertróficos"). La siguiente tabla muestra cómo los valores del índice se traducen en clases tróficas.

Relaciones entre el índice de estado trófico, la clorofila, el fósforo, la profundidad de Secchi y la clase trófica (según Carlson 1996) [4]
Índice de estado tróficoClorofila (μg/L)Fósforo (μg/L)Profundidad de Secchi (m)Clase trófica
<30—400—2,60—12> 8—4Oligotrófico o hipotrófico
40—502.6—7.312—244—2Mesotrófico
50—707.3—5624—962—0,5Eutrófico
70—100+56—155+96—384+0,5- < 0,25Hipertrófico

Los lagos oligotróficos generalmente albergan muy poca o ninguna vegetación acuática y son relativamente claros, mientras que los lagos eutróficos tienden a albergar grandes cantidades de organismos, incluidas floraciones de algas. Cada clase trófica también sustenta diferentes tipos de peces y otros organismos. Si la biomasa de algas en un lago u otro cuerpo de agua alcanza una concentración demasiado alta (por ejemplo, >80 TSI), pueden ocurrir muertes masivas de peces a medida que la biomasa en descomposición desoxigena el agua.

Oligotrófico

Lago Kurtkowiec , un lago oligotrófico en los montes Tatra del sur de Polonia

Los limnólogos utilizan el término " oligotrófico " o "hipotrófico" para describir los lagos que tienen una baja productividad primaria debido a la deficiencia de nutrientes . (Esto contrasta con los lagos eutróficos, que son altamente productivos debido a un amplio suministro de nutrientes, como puede surgir de actividades humanas como la agricultura en la cuenca hidrográfica).

Los lagos oligotróficos son más comunes en regiones frías y poco desarrolladas que tienen como base un lecho de roca granítica ígnea cristalina . Debido a su baja producción de algas , estos lagos tienen aguas muy claras y una alta calidad de agua potable .

Los lagos que tienen mezcla de sus capas se clasifican en la categoría de holomícticos , mientras que los lagos que no tienen mezcla de capas están permanentemente estratificados y, por lo tanto, se denominan meromícticos .

En general, en un lago holomíctico, durante el otoño, el enfriamiento del epilimnion reduce la estratificación del lago, lo que permite que se produzca la mezcla. Los vientos ayudan en este proceso. [5] Por lo tanto, es la mezcla profunda de los lagos (que ocurre con mayor frecuencia durante el otoño y principios del invierno, en lagos holomícticos del subtipo monomíctico) lo que permite que el oxígeno se transporte desde el epilimnion al hipolimnion. [6] [7] [8]

De esta manera, los lagos oligotróficos pueden tener oxígeno significativo hasta la profundidad en la que ocurre la mezcla estacional antes mencionada, pero serán deficientes en oxígeno por debajo de esta profundidad. Por lo tanto, los lagos oligotróficos a menudo sustentan especies de peces como la trucha de lago , que requieren aguas frías y bien oxigenadas . El contenido de oxígeno de estos lagos es una función de su volumen hipolimnético mezclado estacionalmente . Los volúmenes hipolimnéticos que son anóxicos darán como resultado que los peces se congreguen en áreas donde el oxígeno es suficiente para sus necesidades. [6]

La anoxia es más común en el hipolimnion durante el verano, cuando no se produce mezcla. [5] En ausencia de oxígeno del epilimnion, la descomposición puede causar hipoxia en el hipolimnion. [9]

Mesotrófico

Los lagos mesotróficos son lagos con un nivel intermedio de productividad. Estos lagos son comúnmente lagos y estanques de agua clara con lechos de plantas acuáticas sumergidas y niveles medios de nutrientes.

El término mesotrófico también se aplica a los hábitats terrestres. Los suelos mesotróficos tienen niveles moderados de nutrientes.

Eutrófico e hipertrófico

Eutrófico

Floración de algas en un río de un pueblo en las montañas cerca de Chengdu , Sichuan , China

Un cuerpo de agua eutrófico, comúnmente un lago o estanque, tiene una alta productividad biológica. Debido al exceso de nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo, estos cuerpos de agua pueden soportar una abundancia de plantas acuáticas. Por lo general, el cuerpo de agua estará dominado por plantas acuáticas o algas. Cuando predominan las plantas acuáticas, el agua tiende a ser clara. Cuando predominan las algas, el agua tiende a ser más oscura. Las algas realizan la fotosíntesis, que suministra oxígeno a los peces y la biota que habitan estas aguas. Ocasionalmente, se producirá una floración excesiva de algas que, en última instancia, puede provocar la muerte de los peces, debido a la respiración de las algas y las bacterias que viven en el fondo. El proceso de eutrofización puede ocurrir de forma natural y por el impacto humano en el medio ambiente .

Eutrófico proviene del griego eutrophos que significa "bien nutrido", de eu que significa bueno y trephein que significa "nutrir". [10]

Hipertrófico

Los lagos hipertróficos o hipereutróficos son lagos muy ricos en nutrientes que se caracterizan por floraciones de algas molestas frecuentes y graves y por una baja transparencia. Los lagos hipereutróficos tienen una profundidad de visibilidad de menos de 3 pies (90 cm), tienen más de 40 microgramos/litro de clorofila total y más de 100 microgramos/litro de fósforo .

La proliferación excesiva de algas también puede reducir significativamente los niveles de oxígeno y evitar que la vida funcione a profundidades más bajas, creando zonas muertas debajo de la superficie.

Asimismo, las floraciones de algas de gran tamaño pueden provocar biodilución , que es una disminución de la concentración de un contaminante con un aumento del nivel trófico . Esto se opone a la biomagnificación y se debe a una disminución de la concentración a causa de una mayor absorción de algas.

Factores impulsores del índice trófico

Tanto los factores naturales como los antropogénicos pueden influir en el índice trófico de un lago u otro cuerpo de agua. Un cuerpo de agua situado en una región rica en nutrientes con una alta productividad primaria neta puede ser naturalmente eutrófico. Los nutrientes transportados a los cuerpos de agua desde fuentes no puntuales , como la escorrentía agrícola, los fertilizantes residenciales y las aguas residuales, aumentarán la biomasa de algas y pueden hacer que un lago oligotrófico se vuelva hipereutrófico fácilmente. [11] [12] [13]

Lagos de agua dulce

Aunque no existe un consenso absoluto sobre qué nutrientes contribuyen más al aumento de la productividad primaria, se cree que la concentración de fósforo es el principal factor limitante en los lagos de agua dulce. [14] [15] [16] Esto probablemente se deba a la prevalencia de microorganismos fijadores de nitrógeno en estos sistemas, que pueden compensar la falta de nitrógeno fijado fácilmente disponible. [16]

Ecosistemas marinos

En algunos ecosistemas marinos costeros, las investigaciones han descubierto que el nitrógeno es el nutriente limitante clave, que impulsa la producción primaria independientemente del fósforo. [17] [18] La fijación de nitrógeno no puede abastecer adecuadamente a estos ecosistemas marinos, porque los microbios fijadores de nitrógeno están limitados por la disponibilidad de varios factores abióticos como la luz solar y el oxígeno disuelto. [19] Sin embargo, los ecosistemas marinos son una gama demasiado amplia de entornos para que un nutriente limite toda la productividad primaria marina. El nutriente limitante puede variar en diferentes entornos marinos según una variedad de factores como la profundidad, la distancia de la costa o la disponibilidad de materia orgánica. [20] [19]

Objetivos de gestión

A menudo, el índice trófico deseado difiere entre las partes interesadas. Los entusiastas de las aves acuáticas (por ejemplo, los cazadores de patos) pueden querer que un lago sea eutrófico para que pueda albergar una gran población de aves acuáticas. Sin embargo, los residentes pueden querer que el mismo lago sea oligotrófico, ya que es más agradable para nadar y navegar. Las agencias de recursos naturales son generalmente responsables de conciliar estos usos conflictivos y determinar cuál debería ser el índice trófico de una masa de agua.

Véase también

Busque oligotrófico , mesotrófico o hipertrófico en Wikcionario, el diccionario libre.

Notas

  1. ^ Nótese que este uso de niveles tróficos se refiere a la dinámica de alimentación y tiene un significado muy diferente al del índice trófico de los cuerpos de agua.

Referencias

  1. ^ abc Instituto del Agua de la Universidad del Sur de Florida. "Índice de estado trófico (TSI)". Obtenga más información sobre el índice de estado trófico (TSI) - Lake.WaterAtlas.org . Universidad del Sur de Florida . Consultado el 6 de junio de 2018 .
  2. ^ abc "Índice de estado trófico de Carlson. Biodiversidad acuática". Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . 2007. Consultado el 17 de febrero de 2008 .
  3. ^ abc Carlson, Robert E. (julio de 1977). "Un índice del estado trófico de los lagos1". Limnología y Oceanografía . 22 (2): 361–369. doi :10.4319/lo.1977.22.2.0361. ISSN  0024-3590.
  4. ^ ab Carlson, Robert (1996). Guía para coordinadores sobre métodos voluntarios de monitoreo de lagos. Madison, WI: North American Lake Management Society.
  5. ^ ab Dodds, Walter K. (2010). Ecología de agua dulce: conceptos y aplicaciones ambientales de la limnología . Whiles, Matt R. (2.ª ed.). Burlington, MA: Academic Press. ISBN 978-0-12-374724-2.OCLC 784140625  .
  6. ^ ab Sánchez-España, Javier; Mata, M. Pilar; Vegas, Juana; Morellón, Mario; Rodríguez, Juan Antonio; Salazar, Ángel; Yusta, Iñaki; Caos, Aída; Pérez-Martínez, Carmen; Navas, Ana (01-12-2017). "Factores antropogénicos y climáticos que potencian la anoxia hipolimnética en un lago de montaña templado". Revista de Hidrología . 555 : 832–850. Código Bib : 2017JHyd..555..832S. doi :10.1016/j.jhidrol.2017.10.049. ISSN  0022-1694.
  7. ^ Sahoo, GB; Schladow, SG; Reuter, JE; Coats, R. (9 de julio de 2010). "Efectos del cambio climático en las propiedades térmicas de lagos y embalses, y posibles implicaciones". Investigación ambiental estocástica y evaluación de riesgos . 25 (4): 445–456. doi : 10.1007/s00477-010-0414-z . ISSN  1436-3240.
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  9. ^ Weinke, Anthony D.; Biddanda, Bopaiah A. (1 de diciembre de 2019). "Influencia de los eventos de viento episódicos en la estratificación térmica y la hipoxia del agua del fondo en un estuario de los Grandes Lagos". Revista de investigación de los Grandes Lagos . 45 (6): 1103–1112. Bibcode :2019JGLR...45.1103W. doi : 10.1016/j.jglr.2019.09.025 . ISSN  0380-1330. S2CID  209571196.
  10. ^ Definición de eutrófico en dictionary.com .
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