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 aSzablon:R.

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 matematycznymSzablon:R. 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 wzorySzablon:R:

• $\mathrm{T}\mathrm{S}\mathrm{I}\mathrm{(}\mathrm{S}\mathrm{D}\mathrm{)}=10(6-\frac{\ln SD}{\ln 2}),$
• $\mathrm{T}\mathrm{S}\mathrm{I}\mathrm{(}\mathrm{C}\mathrm{h}\mathrm{l}\mathrm{)}=10(6-\frac{2,04-0,68\ln Chl}{\ln 2}),$
• $\mathrm{T}\mathrm{S}\mathrm{I}\mathrm{(}\mathrm{T}\mathrm{P}\mathrm{)}=10(6-\frac{\ln \frac{48}{TP}}{\ln 2}).$

Wzory te są również przedstawiane w postaciSzablon:R:

• 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 – hipetrofięSzablon:R.

Zgodnie z założeniami, wszystkie trzy wskaźniki powinny być równoważne. W praktyce jednak różnice między nimi mogą być znaczneSzablon:R. 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 algicydówSzablon:R.

Wskaźniki Carlsona stały się inspiracją do konstruowania innych, podobnych wskaźników, np. opartych na stężeniu azotuSzablon:R. W praktyce naukowej stosowane są również inne wskaźniki oparte na kilku podstawowych parametrach fizyczno-chemicznych wódSzablon:R. 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 wódSzablon:R.