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 masa de agua superficial puede indexarse.
El TSI de una masa de agua se clasifica en una escala de cero a cien. [1] Según la escala TSI, las masas de agua pueden definirse como: [1]
Las cantidades de nitrógeno , fósforo y otros nutrientes biológicamente útiles son los principales determinantes del TSI de un cuerpo de agua. Nutrientes como el nitrógeno y el fósforo tienden a limitar los recursos en los cuerpos de agua estancada, por lo que mayores concentraciones tienden a dar como resultado un mayor crecimiento de las plantas, seguido de aumentos corolarios en los niveles tróficos posteriores . [a] En consecuencia, el índice trófico a veces se puede utilizar para hacer una estimación aproximada de la condición biológica de los cuerpos de agua. [2]
El índice de Carlson fue propuesto por Robert Carlson en su artículo fundamental 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 una determinada masa de agua en el momento de la medición. Debido a que son de interés público, el índice de Carlson utiliza la biomasa de algas como clasificador objetivo del estado trófico de un lago u otro cuerpo de agua. [3] Según la EPA de EE. UU., el índice Carlson solo debe usarse con lagos que tengan relativamente pocas plantas con raíces y fuentes de turbidez no algales. [2]
Debido a que tienden a correlacionarse, se pueden utilizar tres variables independientes para calcular el índice de Carlson: pigmentos de clorofila , fósforo total y profundidad de Secchi . De estos 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 una masa 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 seguimiento ciudadano y otras encuestas voluntarias o de gran escala a menudo utilizarán la profundidad de Secchi. Al traducir los valores de transparencia de Secchi a una escala logarítmica de base 2, cada duplicación sucesiva de la biomasa se representa como un número 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 puede usarse para derivar la biomasa. Esta relación se expresa en la siguiente ecuación:
Un lago suele clasificarse en una de tres clases posibles: oligotrófico , mesotrófico o eutrófico . Los lagos con índices tróficos extremos también pueden considerarse hiperoligotróficos o hipereutróficos (también "hipertróficos"). La siguiente tabla demuestra cómo los valores del índice se traducen en clases tróficas.
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 alberga 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 (digamos >80 TSI), pueden ocurrir muertes masivas de peces a medida que la biomasa en descomposición desoxigena el agua.
Los limnólogos utilizan el término " oligotrófico " o "hipotrófico" para describir lagos que tienen una baja productividad primaria debido a una 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).
Los lagos oligotróficos son más comunes en regiones frías y escasamente desarrolladas que están sustentadas por un lecho de roca granítica ígnea cristalina . Debido a su baja producción de algas , estos lagos tienen aguas muy claras y con una alta calidad de agua potable .
Los lagos que tienen mezcla de capas se clasifican en la categoría de holomícticos , mientras que los lagos que no tienen mezcla de capas se estratifican permanentemente y, por lo tanto, se denominan meromícticos .
Generalmente, en un lago holomíctico, durante el otoño, el enfriamiento del epilimnion reduce la estratificación del lago, permitiendo así 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 los lagos holomícticos del subtipo monomíctico) lo que permite que el oxígeno sea transportado desde el epilimnion al hipolimnion. [6] [7] [8]
De esta manera, los lagos oligotróficos pueden tener una cantidad significativa de oxígeno hasta la profundidad a la que se produce la mezcla estacional antes mencionada, pero serán deficientes en oxígeno por debajo de esta profundidad. Por lo tanto, los lagos oligotróficos suelen albergar especies de peces como la trucha de lago , que requieren aguas frías y bien oxigenadas . El contenido de oxígeno de estos lagos es función de su volumen hipolimnético mezclado estacionalmente. Los volúmenes hipolimnéticos que son anóxicos harán 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 en el epilimnion, la descomposición puede causar hipoxia en el hipolimnion. [9]
Los lagos mesotróficos son lagos con un nivel intermedio de productividad. Estos lagos suelen ser lagos de agua clara y estanques 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.
Una masa de agua eutrófica, comúnmente un lago o estanque, tiene una alta productividad biológica. Debido al exceso de nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo, estos cuerpos de agua pueden sustentar una gran cantidad de plantas acuáticas. Por lo general, el cuerpo de agua estará dominado por plantas acuáticas o algas. Cuando dominan las plantas acuáticas, el agua tiende a ser clara. Cuando dominan las algas, el agua tiende a ser más oscura. Las algas participan en la fotosíntesis que suministra oxígeno a los peces y la biota que habitan estas aguas. Ocasionalmente, se producirá una proliferación 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 impacto humano sobre el medio ambiente .
Eutrófico proviene del griego eutrophos que significa "bien nutrido", de eu que significa bueno y trephein que significa "nutrir". [10]
Los lagos hipertróficos o hipereutróficos son lagos muy ricos en nutrientes que se caracterizan por frecuentes y graves floraciones de algas molestas y 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 excesiva proliferación de algas también puede reducir significativamente los niveles de oxígeno e impedir que la vida funcione a menores profundidades, creando zonas muertas debajo de la superficie.
Asimismo, los grandes florecimientos de algas pueden provocar que se produzca la 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 debido a una mayor absorción de algas.
Tanto los factores naturales como los antropogénicos pueden influir en el índice trófico de un lago u otro cuerpo de agua. Una masa de agua situada en una región rica en nutrientes con una alta productividad primaria neta puede ser naturalmente eutrófica. Los nutrientes transportados a los cuerpos de agua desde fuentes difusas, como escorrentías agrícolas, fertilizantes residenciales y aguas residuales, aumentarán la biomasa de algas y pueden fácilmente hacer que un lago oligotrófico se vuelva hipereutrófico. [11] [12] [13]
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. [dieciséis]
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 diversos factores abióticos como la luz solar y el oxígeno disuelto. [19] Sin embargo, los ecosistemas marinos constituyen una gama demasiado amplia de entornos para que un nutriente limite toda la productividad primaria marina. El nutriente limitante puede variar en diferentes ambientes marinos según una variedad de factores como la profundidad, la distancia a la costa o la disponibilidad de materia orgánica. [20] [19]
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, es posible que los residentes quieran que el mismo lago sea oligotrófico, ya que es más agradable para nadar y pasear en bote. Las agencias de recursos naturales generalmente son responsables de conciliar estos usos conflictivos y determinar cuál debería ser el índice trófico de una masa de agua.
