Estado trófico: límites de la OCDE e índice LAWA
El estado trófico describe el suministro de nutrientes y, con ello, la productividad de un cuerpo de agua. En 1982, la OCDE publicó límites de clase fijos que hasta hoy sostienen el entendimiento internacional.1 Se basan en tres magnitudes presentes en todo programa de medición: fósforo total, clorofila-a como medida de la biomasa algal y profundidad de Secchi.
Límites de clase según la OCDE (1982), medias anuales| Etapa | Fósforo total | Clorofila-a | Profundidad de Secchi |
|---|
| oligotrófica | menos de 10 µg/l | menos de 2,5 µg/l | más de 6 m |
| mesotrófica | de 10 a 35 µg/l | de 2,5 a 8 µg/l | de 3 a 6 m |
| eutrófica | de 35 a 100 µg/l | de 8 a 25 µg/l | de 1,5 a 3 m |
| hipertrófica | más de 100 µg/l | más de 25 µg/l | menos de 1,5 m |
En Alemania, el grupo de trabajo sobre el agua de la Federación y los estados federados (LAWA) evalúa los lagos según el índice trófico (LAWA 2014).2 Combina las mismas tres magnitudes según el tipo de lago y distingue ocho clases, de oligotrófica a hipertrófica, entre ellas dos etapas politróficas que faltan en el esquema de la OCDE. La animación sigue las cuatro etapas de oligotrófica a hipertrófica según el esquema de la OCDE, que por debajo conoce además una clase ultraoligotrófica, porque es comparable internacionalmente y sus límites se traducen directamente en valores de modelo.
De las tres magnitudes, la profundidad de Secchi es la más antigua: un disco blanco en una cuerda, sumergido hasta que desaparece. Carlson construyó sobre ella su Trophic State Index en 1977, porque la profundidad de Secchi está disponible en todas partes y sin instrumentación.3 Es una medida agregada de algas, sólidos en suspensión y sustancias húmicas disueltas4 y, por tanto, un indicador robusto, pero no rápido: muestra lo que ya está en suspensión en el agua.
El fósforo es la palanca
Que el fósforo, y no el nitrógeno ni el carbono, limita el crecimiento de las algas en los lagos está demostrado desde un experimento de campo en los Experimental Lakes canadienses. A principios de los años 70, Schindler dividió el lago 226 con una cortina de plástico: una mitad recibió carbono y nitrógeno; la otra, además, fósforo. Solo la mitad con fósforo desarrolló una floración de cianobacterias.5 Desde entonces, las estrategias contra la eutrofización apuntan primero al fósforo, desde la renuncia a los fosfatos en los detergentes hasta la precipitación de fósforo en las depuradoras.4
El fósforo llega a un lago desde su cuenca: por escorrentía de superficies fertilizadas, por erosión, depuradoras, colectores de aguas pluviales y drenajes. Una parte la absorben las algas, se hunde con ellas y se acumula en el sedimento. Allí no desaparece, sino que queda almacenado. Con qué firmeza, lo decide el oxígeno.
La cascada: estratificación, consumo, liberación
En verano, un lago suficientemente profundo se estratifica: arriba queda el epilimnion cálido y mezclado, abajo el hipolimnion frío y, entre ambos, la termoclina. Durante meses apenas hay intercambio entre los dos. El agua profunda deja de recibir oxígeno, ni del aire ni de la fotosíntesis, que no tiene lugar en la oscuridad. Todo lo que se hunde desde arriba lo descomponen las bacterias en el fondo, y esa descomposición consume oxígeno. Cuantas más algas crecen arriba, más biomasa se hunde y más rápido se agota el oxígeno en profundidad.
El paso decisivo ocurre en la frontera entre sedimento y agua. Mortimer lo describió en 1941 en Esthwaite Water, en el Lake District inglés.6 Mientras hay oxígeno en el sedimento, el hierro se presenta como óxido trivalente y mantiene fijado el fosfato. Cuando el oxígeno cae hacia cero, se reduce a la forma divalente y soluble, el enlace se deshace y el fosfato pasa al agua. El lenguaje técnico lo llama carga interna o liberación de fosfato del sedimento.
Con la circulación otoñal, el fósforo liberado se distribuye por toda la columna de agua y queda disponible para la siguiente generación de algas la primavera siguiente. Más algas, más biomasa que se hunde, una anoxia que empieza antes y dura más, más liberación. Esa es la retroalimentación que convierte un problema lineal de nutrientes en una cascada. En lagos poco profundos, la liberación estival desde el sedimento puede superar el aporte externo.7
Dos mecanismos provocan mortandades de peces, y hay que distinguirlos.4 En lagos profundos, las especies de aguas frías pierden en verano su refugio porque el hipolimnion se queda sin oxígeno. En lagos poco profundos y productivos, el oxígeno se desploma en toda la columna de agua cuando, en las noches cálidas, la respiración y la descomposición continúan, pero no la fotosíntesis. Ambos tienen la misma causa, pero se manifiestan en lugares y momentos distintos, y a ambos se les escapa una muestra puntual matinal.
A partir de la etapa eutrófica se añade, para aguas de baño y embalses de agua potable, la cuestión de las toxinas. Muchas cianobacterias producen microcistinas. La OMS fija para ellas 1 µg/l como valor guía de por vida en el agua potable y 24 µg/l para aguas de baño;8 el Reglamento alemán de agua potable (TrinkwV 2023) establece para la microcistina-LR un valor límite de 1 µg/l, vigente desde el 12 de enero de 2026.9
Por qué la reacción llega tarde: dos estados estables
La idea de que un lago responde proporcionalmente a su carga de nutrientes está refutada para los lagos poco profundos desde los años 90. Scheffer et al. demostraron que, con la misma carga de nutrientes, dos estados alternativos pueden ser estables.10 Uno es claro, con plantas sumergidas que sujetan el sedimento, fijan nutrientes y dan refugio al zooplancton que come las algas. El otro es turbio: el fitoplancton quita la luz a las plantas, los peces diezman el zooplancton y el sedimento desprotegido se remueve con cada viento. Cada estado se estabiliza a sí mismo.
La transición entre ambos no es un regulador, sino un punto de inflexión con histéresis: la carga de nutrientes con la que un lago claro se vuelve turbio está muy por encima de aquella con la que un lago turbio vuelve a aclararse.11 Quien reduce el aporte al valor previo a la desestabilización no recupera el estado anterior. Tiene que bajar más, y tiene que esperar.
Cuánto tiempo, lo muestra el análisis de 35 lagos de Europa y Norteamérica en los que el aporte externo de fósforo se redujo notablemente: en la mayoría de los casos, el contenido de fósforo del agua solo alcanzó un nuevo equilibrio al cabo de 10 a 15 años, porque el sedimento siguió suministrándolo durante ese tiempo; la recuperación biológica llegó con un retraso adicional.12 Durante ese periodo, a las entidades de mantenimiento de cuerpos de agua solo les quedan intervenciones en el propio lago: precipitación de fosfato, aireación del agua profunda, extracción de sedimento, biomanipulación. Cada una trabaja contra un sistema que defiende su estado.
El calentamiento desplaza los umbrales
La cascada transcurre hoy bajo condiciones distintas a las décadas en que se fijaron los límites de clase. Un análisis de 45.148 perfiles de oxígeno y temperatura de 393 lagos de latitudes templadas muestra, desde 1980, un descenso del oxígeno disuelto del 5,5 % en el agua superficial y del 18,6 % en el agua profunda.13 En la superficie, la pérdida se explica sobre todo por la menor solubilidad en un agua más cálida. En profundidad, se relaciona con una estratificación más intensa y duradera y con una menor claridad del agua, justo las magnitudes que gobiernan la liberación.
El agua más cálida favorece además a las cianobacterias frente a otros grupos de algas: crecen más rápido a temperaturas altas, regulan su flotabilidad y, en días cálidos y en calma, forman las natas superficiales que provocan prohibiciones de baño.14 Un lago que hace treinta años era establemente mesotrófico con la misma carga de nutrientes puede ser hoy eutrófico sin que nada haya cambiado en la cuenca.
Gases de efecto invernadero: el factor seis, derivado
Un lago desestabilizado no es solo un problema local. En el sedimento sin oxígeno, la biomasa que se hunde genera metano, que llega a la superficie en burbujas o disuelto. En 2018, DelSontro, Beaulieu y Downing reunieron el mayor conjunto de datos hasta entonces sobre flujos de gases de efecto invernadero de lagos y embalses y mostraron que las emisiones covarían con el tamaño y el estado trófico de los cuerpos de agua.15 Extrapolado, los lagos y embalses del mundo emiten de 1,25 a 2,30 Gt de carbono como equivalente de CO₂ al año, casi el 20 % de las emisiones fósiles de CO₂; unas tres cuartas partes de este efecto climático corresponden al metano.
El factor seis no procede de una medición en un lago concreto, sino de la regresión de ese estudio: la emisión de metano crece con la clorofila-a según log₁₀(CH₄) = 0,778 · log₁₀(Chl-a) + 0,940, con la emisión en mg de CH₄-C por m² y día y la clorofila-a en µg/l. Entre el límite de clase oligotrófico y el hipertrófico de la OCDE, 2,5 y 25 µg/l, hay un orden de magnitud de clorofila-a, y 100,778 es 6,0. El lago modelo de la animación, con 1,5 y 40 µg/l, se adentra más en ambas clases; para él, la misma regresión da unas trece veces, y así lo muestra el indicador. La dispersión en torno a esta recta es considerable. El factor describe una tendencia entre muchos lagos, no el balance de uno solo.
Un año después, los mismos autores prolongaron el cálculo hacia el futuro: si la eutrofización de los lagos aumenta este siglo tanto como hacen esperar el crecimiento demográfico, la fertilización y el calentamiento, sus emisiones de metano subirán entre un 30 y un 90 %.16 Dos hallazgos del Instituto Leibniz de Ecología de Aguas Dulces y Pesca Continental (IGB), que investiga en el lago Stechlin, desplazan de nuevo la imagen: el metano también se forma en el agua superficial rica en oxígeno de lagos claros,17 y las cianobacterias lo producen ellas mismas mientras fotosintetizan.18 Tampoco un lago claro es un sumidero de CO₂ frente a la atmósfera; la mayoría de los lagos emiten CO₂ en términos netos.19 La diferencia con el lago desestabilizado está en el metano, y es grande.
Qué significa esto para la medición
Todo lo que impulsa esta cascada ocurre donde no llega una muestra puntual de superficie, y en periodos que una fecha de muestreo al mes no resuelve. El oxígeno del hipolimnion desciende durante semanas, la liberación empieza cuando está cerca de cero, y ambas permanecen invisibles en la superficie hasta que la circulación otoñal sube el fósforo. Quien solo mide en verano y en la superficie ve el estado, no la dirección.
Tres magnitudes sostienen el aviso anticipado: el perfil de oxígeno en profundidad, que muestra hasta dónde ha avanzado el consumo; el fosfato en el agua profunda, que documenta directamente la liberación; y clorofila-a con ficocianina en la superficie, que distinguen biomasa de algas y de cianobacterias. La WAMO 600 desplaza un paquete de sondas por toda la columna de agua hasta 100 m de profundidad y extrae de la misma capa muestras puntuales para el laboratorio. Profundidad de Secchi, turbidez y clorofila-a pueden derivarse además de datos de Sentinel-2 para la superficie de un lago entero; eso lo hace SWIM.
Qué medida encaja con qué etapa depende del lago, de la cuenca y de si el punto de inflexión ya se ha superado. El catálogo de medidas ordena 18 procedimientos por efecto y horizonte temporal, y el ámbito de actuación saneamiento de cuerpos de agua describe el camino de vuelta. La decisión sigue siendo de la autoridad competente. Los datos en que se apoya deberían venir de la profundidad y no tener lagunas.
