مؤشر الحالة الغذائية

نظرًا لارتباطها الوثيق، يمكن استخدام ثلاثة متغيرات مستقلة لحساب مؤشر كارلسون: أصباغ الكلوروفيل ، والفوسفور الكلي ، وعمق سيكي . من بين هذه المتغيرات الثلاثة، يُرجّح أن يُعطي الكلوروفيل أدقّ القياسات، كونه المؤشر الأكثر دقة للكتلة الحيوية. قد يكون الفوسفور تقديرًا أدقّ للحالة الغذائية للمسطح المائي خلال فصل الصيف مقارنةً بالكلوروفيل إذا أُجريت القياسات خلال فصل الشتاء. أخيرًا، يُعدّ عمق سيكي على الأرجح أقلّ القياسات دقة، ولكنه أيضًا الأكثر سهولةً وفعاليةً من حيث التكلفة. ونتيجةً لذلك، غالبًا ما تستخدم برامج الرصد المدني وغيرها من الدراسات التطوعية أو واسعة النطاق عمق سيكي. من خلال تحويل قيم شفافية سيكي إلى مقياس لوغاريتمي أساسه 2، يُمثّل كل تضاعف متتالٍ للكتلة الحيوية برقم فهرس صحيح. ^{[ 4 ]} يُشير عمق سيكي، الذي يقيس شفافية الماء، إلى تركيز المواد الذائبة والجسيمية في الماء، والذي بدوره يُمكن استخدامه لاستنتاج الكتلة الحيوية. تُعبّر المعادلة التالية عن هذه العلاقة:

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

حيث z = العمق الذي يختفي عنده القرص،

I ₀ هي شدة الضوء الساقط على سطح الماء،

يمثل I _z حوالي 10% من I ₀ ويعتبر ثابتًا،

k _w هو معامل لتوهين الضوء بواسطة الماء والمواد المذابة،

تُعامل قيمة α كثابت بوحدات المتر المربع لكل ملليغرام و

C هو تركيز الجسيمات بوحدات ملليغرام لكل متر مكعب. ^{[ 3 ]}

يستخدم علماء البحيرات مصطلح " قليلة التغذية " أو "منخفضة التغذية" لوصف البحيرات التي تتميز بانخفاض إنتاجيتها الأولية نتيجة نقص المغذيات . (ويختلف هذا عن البحيرات الغنية بالمغذيات، والتي تتميز بإنتاجية عالية نتيجة وفرة المغذيات، كما قد ينتج عن الأنشطة البشرية مثل الزراعة في مستجمعات المياه).

تنتشر البحيرات قليلة المغذيات بكثرة في المناطق الباردة قليلة السكان، والتي تتكون من صخور نارية بلورية وجرانيتية . وبسبب انخفاض إنتاج الطحالب فيها ، تتميز هذه البحيرات بمياهها الصافية للغاية، ذات الجودة العالية الصالحة للشرب .

تُصنف البحيرات التي تختلط طبقاتها ضمن فئة البحيرات المتجانسة ، بينما تُصنف البحيرات التي لا يحدث فيها اختلاط بين الطبقات ضمن فئة البحيرات الطبقية الدائمة، وبالتالي تُسمى البحيرات الطبقية .

عمومًا، في البحيرات ذات التدفق المتجانس، خلال فصل الخريف، يؤدي تبريد الطبقة السطحية (الإبيليمينون) إلى تقليل التطبق المائي، مما يسمح بحدوث الاختلاط. وتساعد الرياح في هذه العملية. ^{[ 5 ]} وبالتالي، فإن الاختلاط العميق لمياه البحيرات (الذي يحدث غالبًا خلال فصلي الخريف وأوائل الشتاء، في البحيرات ذات التدفق المتجانس من النوع أحادي التدفق) هو ما يسمح بانتقال الأكسجين من الطبقة السطحية (الإبيليمينون) إلى الطبقة العميقة (الهيبوليمنيون). ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

بهذه الطريقة، قد تحتوي البحيرات قليلة المغذيات على كميات كبيرة من الأكسجين حتى العمق الذي يحدث فيه الاختلاط الموسمي المذكور، لكنها ستكون فقيرة بالأكسجين أسفل هذا العمق. ولذلك، غالبًا ما تدعم البحيرات قليلة المغذيات أنواعًا من الأسماك مثل سمك السلمون المرقط ، التي تتطلب مياهًا باردة غنية بالأكسجين . ويعتمد محتوى الأكسجين في هذه البحيرات على حجم الطبقة السفلى المختلطة موسميًا . أما الطبقات السفلى الخالية من الأكسجين فتؤدي إلى تجمع الأسماك في المناطق التي يتوفر فيها الأكسجين بكميات كافية لتلبية احتياجاتها. ^{[ 6 ]}

يُعدّ نقص الأكسجين أكثر شيوعًا في الطبقة السفلى من النهر خلال فصل الصيف عندما لا يحدث اختلاط. ^{[ 5 ]} في غياب الأكسجين من الطبقة العليا، يمكن أن يتسبب التحلل في نقص الأكسجين في الطبقة السفلى. ^{[ 9 ]}

البحيرات متوسطة التغذية هي بحيرات ذات مستوى متوسط ​​من الإنتاجية. وتتميز هذه البحيرات عادةً بمياهها الصافية وبركها التي تحتوي على أحواض من النباتات المائية المغمورة ومستويات متوسطة من المغذيات.

يُطلق مصطلح "متوسط ​​التغذية" أيضاً على الموائل الأرضية. تتميز التربة متوسطة التغذية بمستويات معتدلة من العناصر الغذائية.

على الرغم من عدم وجود إجماع مطلق حول العناصر الغذائية التي تُسهم بشكلٍ أكبر في زيادة الإنتاجية الأولية، يُعتقد أن تركيز الفوسفور هو العامل المحدد الرئيسي في بحيرات المياه العذبة. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} ويرجع ذلك على الأرجح إلى انتشار الكائنات الحية الدقيقة المثبتة للنيتروجين في هذه الأنظمة، والتي يمكنها تعويض نقص النيتروجين المثبت المتاح بسهولة. ^{[ 16 ]}

في بعض النظم البيئية البحرية الساحلية، أظهرت الأبحاث أن النيتروجين هو العنصر الغذائي المحدد الرئيسي، الذي يحفز الإنتاج الأولي بشكل مستقل عن الفوسفور. ^{[ 17 ] [ 18 ]} لا يستطيع تثبيت النيتروجين تلبية احتياجات هذه النظم البيئية البحرية بشكل كافٍ، لأن الميكروبات المثبتة للنيتروجين نفسها محدودة بتوافر عوامل لا حيوية مختلفة مثل ضوء الشمس والأكسجين المذاب. ^{[ 19 ]} ومع ذلك، فإن النظم البيئية البحرية واسعة النطاق للغاية بحيث لا يمكن لعنصر غذائي واحد أن يحد من جميع جوانب الإنتاجية الأولية البحرية. قد يختلف العنصر الغذائي المحدد في البيئات البحرية المختلفة وفقًا لعوامل متنوعة مثل العمق، والمسافة من الشاطئ، أو توافر المواد العضوية. ^{[ 20 ] [ 19 ]}