Индекс трофического состояния - Trophic state index

Озеро Джордж, Нью-Йорк, олиготрофное озеро

В Индекс трофического состояния (TSI) представляет собой систему классификации, предназначенную для оценки водных объектов по количеству биологическая продуктивность они выдерживают.[1] Хотя термин «трофический индекс» обычно применяется к озерам, можно индексировать любой поверхностный водный объект.

TSI водоема оценивается по шкале от нуля до ста.[1] По шкале TSI водные объекты можно определить как:[1]

  • олиготрофный (TSI 0–40, минимальная биологическая продуктивность, «хорошее» качество воды);
  • мезоэвтрофный (TSI 40–60, средний уровень биологической продуктивности, «удовлетворительное» качество воды); или
  • эвтрофный к гиперэвтрофный (TSI 60–100, имеющие наибольшую биологическую продуктивность, «плохое» качество воды).

Количество азот, фосфор, и другие биологически полезные питательные вещества являются основными детерминантами TSI водного объекта. Питательные вещества, такие как азот и фосфор, обычно ограничение ресурсов в стоячих водоемах, поэтому повышенная концентрация, как правило, приводит к усилению роста растений, за которым следует последующее увеличение в последующих трофические уровни.[а] Следовательно, трофический индекс иногда может использоваться для грубой оценки биологического состояния водоемов.[2]

Индекс трофического состояния Карлсона

Индекс Карлсона был предложен Робертом Карлсоном в его основополагающей статье 1977 года «Индекс трофического состояния озер».[3] Это один из наиболее часто используемых трофических индексов и трофический индекс, используемый Агентство по охране окружающей среды США.[2] В трофическое состояние определяется как общий вес биомасса в данном водоеме на момент измерения. Поскольку они вызывают озабоченность общественности, индекс Карлсона использует биомассу водорослей в качестве объективного классификатора трофического статуса озера или другого водоема.[3] Согласно Агентству по охране окружающей среды США, индекс Карлсона следует использовать только для озер с относительно небольшим количеством корневых растений и источниками мутности, не связанными с водорослями.[2]

Индексная переменная

Поскольку они имеют тенденцию коррелировать, для расчета индекса Карлсона можно использовать три независимые переменные: пигменты хлорофилла, общий фосфор и Глубина 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, наименее точная мера, но также самая доступная и целесообразная. Следовательно, в программах мониторинга граждан и других волонтерских или крупномасштабных опросах часто используется глубина Секки. Путем перевода значений прозрачности по Секки в логарифмическую шкалу 2, каждое последующее удвоение биомассы представляется как целое целое число индекса.[4] 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:

где z = глубина исчезновения диска,
я0 интенсивность света, падающего на поверхность воды,
яz составляет около 10% от я0 и считается постоянной,
kш - коэффициент ослабления света водой и растворенными веществами,
α рассматривается как константа с единицей измерения квадратных метров на миллиграмм и
C - концентрация твердых частиц в миллиграммах на кубический метр.[3]

Трофические классификации

Озеро обычно относят к одному из трех возможных классов: олиготрофный, мезотрофный или эвтрофный. Также можно рассматривать озера с экстремальными трофическими показателями. гиперолиготрофный или гиперэвтрофный (также «гипертрофический»). В таблице ниже показано, как значения индекса преобразуются в трофические классы.

TSIChlпSDТрофический класс
< 30—400—2.60—12> 8—4Олиготрофный
40—502.6—2012—244—2Мезотрофный
50—7020—5624—962—0.5Эвтрофный
70—100+56—155+96—384+0.5— < 0.25Гиперэвтрофный
Взаимосвязь между индексом трофического состояния (TSI), хлорофиллом (Chl), фосфором (P, оба микрограмма на литр), глубиной Секки (SD, метры) и трофическим классом (по Карлсону 1996 г.)[4]

Олиготрофных озер обычно очень мало или совсем нет. водная растительность и относительно чистые, 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), гибель рыбы может происходить, так как разлагающаяся биомасса дезоксигенирует воду.

Олиготрофный

Куртковецкое озеро, олиготрофное озеро в Татры южных Польша

Лимнологи используют термин "олиготрофный "для описания озер с низким первичная продуктивность из-за питательное вещество дефицит. (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 чаще всего встречаются в холодных, малоразвитых регионах, которые подстилаются кристаллическими огненный, гранитный коренная порода. Из-за их низкого водоросль продуктивности, эти озера, следовательно, имеют очень чистую воду с высокой питьевая вода качественный.

Озера, в которых слои перемешаны, относятся к категории голомиктический, тогда как озера, не имеющие межслоевого перемешивания, постоянно стратифицированы и поэтому называются меромиктический.

Обычно в голомиктическом озере осенью охлаждение эпилимниона снижает стратификацию озера, тем самым позволяя происходить перемешиванию. Ветры помогают в этом процессе.[5] Таким образом, именно глубокое перемешивание озер (которое чаще всего происходит осенью и в начале зимы в голомиктических озерах мономиктического подтипа) позволяет транспортировать кислород из эпилимнион к гиполимниону.[6][7] [8]

Таким образом, олиготрофные озера могут иметь значительные кислород до глубины, на которой происходит вышеупомянутое сезонное перемешивание, но ниже этой глубины у них будет дефицит кислорода. Поэтому олиготрофные озера часто поддерживают рыбы такие виды, как Озерная форель, которые требуют холода, хорошо-насыщенный кислородом воды. Содержание кислорода в этих озерах является функцией их сезонно-смешанного гиполимнетический объем. Гиполимнетические объемы, которые являются бескислородными, приведут к скоплению рыб в местах, где кислорода достаточно для их потребностей. [9]

Гиполимнион чаще страдает аноксией летом, когда не происходит перемешивания.[10] При отсутствии кислорода в эпилимнионе разложение может вызвать гипоксию гиполимниона.[11]

Мезотрофный

Мезотрофные озера - это озера со средней продуктивностью. Эти озера обычно представляют собой озера с чистой водой и пруды с зарослями затопленных водных растений и средним содержанием питательных веществ.

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

Эвтрофный

Основная статья: Эвтрофикация
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 преобладают водоросли, вода становится темнее. Водоросли участвуют в фотосинтезе, который поставляет кислород рыбам и биоте, населяющим эти воды. Иногда происходит чрезмерное цветение водорослей, что в конечном итоге может привести к гибели рыб из-за дыхания водорослями и донными бактериями. Процесс эвтрофикация может происходить естественным путем и воздействие человека на окружающую среду.

Eutrophic происходит от Греческий эвтрофос означает "сытный", от Европа означает хорошо и трефеин что означает «питать».[12]

Гиперэвтрофный

Гипероутрофные озера - это озера, богатые питательными веществами и характеризующиеся частыми и серьезными неприятностями. цветение водорослей и низкая прозрачность. Гипереутрофные озера имеют глубину видимости менее 3 футов (90 см), их общее содержание превышает 40 микрограммов / литр. хлорофилл и более 100 мкг / л фосфор.

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 происходить, что представляет собой уменьшение концентрации загрязняющего вещества с увеличением трофический уровень. Это противоположно биомагнификация и происходит из-за снижения концентрации из-за повышенного поглощения водорослями.

Драйверы трофического индекса

И естественные, и антропогенный факторы могут влиять на трофический индекс озера или другого водоема. Водоем, расположенный в богатом питательными веществами регионе с высокой чистая первичная продуктивность может быть естественно эвтрофным. Питательные вещества, поступающие в водоемы из неточечные источники такие как сельскохозяйственные стоки, удобрения из жилых помещений и сточные воды - все это увеличивает биомасса, и может легко привести к тому, что олиготрофное озеро станет гиперэвтрофным.

Цели управления

Часто желаемый трофический индекс у разных заинтересованных сторон различается. 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 водоема.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Обратите внимание, что это использование трофических уровней относится к динамике кормления и имеет совершенно иное значение, чем трофический индекс водоемов.

Рекомендации

  1. ^ а б c Институт водных ресурсов Университета Южной Флориды. «Индекс трофического состояния (TSI)». Узнать больше об индексе трофического состояния (TSI) - Lake.WaterAtlas.org. Университет Южной Флориды. Получено 6 июн 2018.
  2. ^ а б c Агентство по охране окружающей среды США (2007) Индекс трофического состояния Карлсона. Водное биоразнообразие. http://www.epa.gov/bioindicators/aquatic/carlson.html доступ 17 февраля 2008 г..
  3. ^ а б c Карлсон, Р. (1977) Индекс трофического состояния озер. Лимнология и океанография. 22:2 361–369.
  4. ^ а б Карлсон Р. и Дж. Симпсон (1996) Руководство для координатора по методам добровольного мониторинга озер. Североамериканское общество управления озерами. 96 стр.
  5. ^ Доддс, Уолтер К. (Уолтер Кеннеди), 1958- (2010). Экология пресной воды: концепции и экологические приложения лимнологии. Whiles, Мэтт Р. (2-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Academic Press. ISBN  978-0-12-374724-2. OCLC  784140625.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  6. ^ Санчес-Испания, Хавьер; Мата, М. Пилар; Вегас, Хуана; Мореллон, Марио; Родригес, Хуан Антонио; Салазар, Анхель; Юста, Иньяки; Хаос, Аида; Перес-Мартинес, Кармен; Навас, Ана (2017-12-01). «Антропогенные и климатические факторы, усиливающие гиполимнетическую аноксию в умеренном горном озере». Журнал гидрологии. 555: 832–850. Дои:10.1016 / j.jhydrol.2017.10.049. ISSN  0022-1694.
  7. ^ Sahoo, G. B .; Schladow, S.G .; Reuter, J. E .; Коутс, Р. (09.07.2010). «Влияние изменения климата на термические свойства озер и водохранилищ и возможные последствия». Стохастические исследования окружающей среды и оценка рисков. 25 (4): 445–456. Дои:10.1007 / s00477-010-0414-z. ISSN  1436-3240.
  8. ^ Растворенный кислород. https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/dissolved-oxygen Fondriest Environmental Products, дата обращения 2020-11-28.
  9. ^ Санчес-Испания, Хавьер; Мата, М. Пилар; Вегас, Хуана; Мореллон, Марио; Родригес, Хуан Антонио; Салазар, Анхель; Юста, Иньяки; Хаос, Аида; Перес-Мартинес, Кармен; Навас, Ана (2017-12-01). «Антропогенные и климатические факторы, усиливающие гиполимнетическую аноксию в умеренном горном озере». Журнал гидрологии. 555: 832–850. Дои:10.1016 / j.jhydrol.2017.10.049. ISSN  0022-1694.
  10. ^ Доддс, Уолтер К. (Walter Kennedy), 1958- (2010). Экология пресной воды: концепции и экологические приложения лимнологии. Whiles, Мэтт Р. (2-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Academic Press. ISBN  978-0-12-374724-2. OCLC  784140625.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  11. ^ Weinke, Anthony D .; Бидданда, Бопайя А. (01.12.2019). «Влияние эпизодических ветровых явлений на термическую стратификацию и гипоксию придонной воды в эстуарии Великих озер». Журнал исследований Великих озер. 45 (6): 1103–1112. Дои:10.1016 / j.jglr.2019.09.025. ISSN  0380-1330.
  12. ^ Значение эвтрофный в Dictionary.com.