Das Standardprotokoll zur Klassifizierung der Eutrophierung von Seen und Stauseen anhand von Secchi-Tiefe, Chlorophyll-a und Gesamtphosphor.

Der Carlson Trophic State Index bietet eine standardisierte, quantitative Methode zur Bewertung des Eutrophierungsstatus stehender Gewässer. Im Gegensatz zu subjektiven visuellen Bewertungen wandelt der TSI drei unabhängig messbare Wasserqualitätsparameter in eine einheitliche numerische Skala von 0 (ultra-oligotroph, kristallklar, nährstoffarm) bis 100 (hypertroph, schwere Algenblüten, beeinträchtigte Erholung) um. Der Index wurde ursprünglich 1977 von Robert Carlson in der Fachzeitschrift Limnology and Oceanography veröffentlicht und wird seither von der North American Lake Management Society (NALMS), der OECD und Umweltbehörden weltweit als primäre Metrik für die Trophieklassifikation von Seen verwendet.

Das Bewertungsprotokoll folgt einer bewussten Abfolge, die darauf ausgelegt ist, Verzerrungen zu minimieren und die Datenqualität zu maximieren. Der Prüfer erfasst zunächst die Umgebungsbedingungen — Bewölkungsgrad, Windgeschwindigkeit, Wasseroberflächenzustand und Wasserfarbe — da diese Variablen die Genauigkeit der anschließenden Secchi-Scheiben-Messung direkt beeinflussen. Danach füllt der Prüfer die Nutzerwahrnehmungsumfragen aus, bevor physische Messungen vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass die subjektiven Bewertungen nicht durch Kenntnis der tatsächlichen Transparenztiefe verzerrt werden.

Die drei resultierenden TSI-Werte — TSI(SD), TSI(TP) und TSI(Chl) — werden sowohl einzeln als auch als Ensemble analysiert. Wenn alle drei Indizes übereinstimmen, ist die Trophieklassifikation eindeutig. Wenn sie divergieren, liefert das Divergenzmuster wichtige diagnostische Informationen: Beispielsweise deutet ein TSI(Chl), der deutlich niedriger als TSI(TP) ist, darauf hin, dass Phosphor vorhanden ist, aber kein Algenwachstum antreibt, möglicherweise aufgrund von Stickstofflimitierung oder Zooplankton-Fraß.

Der Index wurde erstmals 1977 in Limnology and Oceanography veröffentlicht und wird weltweit von der North American Lake Management Society (NALMS) als primäre Methodik für die Trophieklassifikation von Seen unterstützt.

Das Carlson TSI-System verwendet drei separate auf natürlichem Logarithmus basierende Gleichungen, die jeweils aus der empirischen Beziehung zwischen ihrem Parameter und der Gesamtproduktivität des Sees abgeleitet sind. Die Gleichungen sind mathematisch so verknüpft, dass ein TSI-Wert von 40 der Grenze oligotroph–mesotroph und ein TSI von 50 der Grenze mesotroph–eutroph für alle drei Parameter gleichzeitig entspricht. Diese Ausrichtung bedeutet, dass bei einem See, der sich gemäß der klassischen Phosphor-Chlorophyll-Transparenz-Kaskade verhält, alle drei TSI-Werte innerhalb weniger Punkte voneinander liegen.

Die Carlson TSI-Skala unterteilt den Bereich 0–100 in vier diskrete Trophiestufen, die die biologische Produktivität und den ökologischen Gesamtzustand eines Sees beschreiben. Jede Kategorie hat entsprechende Referenzbereiche für Gesamtphosphor, Chlorophyll-a und Secchi-Tiefe, die eine Mehrparameter-Kreuzprüfung der Klassifikation ermöglichen. Die Kategorien sind in der Limnologie und Umweltregulierung universell anerkannt und bilden die gemeinsame Sprache zur Kommunikation der Seengesundheit gegenüber Regulierungsbehörden, der Öffentlichkeit und Einzugsgebietsmanagern.

Wichtig ist, dass die Trophiestufen-Klassifikation kein inhärentes "gut oder schlecht"-Urteil darstellt. Ein natürlich eutropher See (beispielsweise ein flacher Prärie-Pothole-See mit natürlich phosphorreichen Böden) ist nicht degradiert — sein hoher TSI spiegelt seinen natürlichen Zustand wider. Die Klassifikation wird zu einem Managementanliegen, wenn ein See aufgrund anthropogener Nährstoffbelastung in eine höhere Trophiestufe übergeht, ein Prozess, der als kulturelle Eutrophierung bekannt ist.

Verwandte Abwassersysteme, die sich auf die Wasserqualität von Vorflutern auswirken, werden mit dem EN 13508-2 Kanalinspektionsstandard bewertet.

Eines der markantesten Merkmale des Carlson TSI-Bewertungsprotokolls ist die Integration subjektiver Nutzerwahrnehmungsumfragen neben objektiven physikalischen und chemischen Messungen. Diese beiden Fünf-Punkte-Bewertungsskalen, entwickelt von NALMS und verfeinert durch das Citizens Statewide Lake Assessment Program (CSLAP) in New York und die Minnesota Pollution Control Agency (MPCA), quantifizieren das menschliche Erleben der Wasserqualität auf standardisierte, wiederholbare Weise. Die Wahrnehmungsumfragen werden bewusst vor der Secchi-Messung ausgefüllt, um Messverzerrungen zu vermeiden.

Die Bewertung des physischen Zustands bittet den Prüfer, das Gewässer auf einer Skala von 1–5 zu bewerten: von "Kristallklares Wasser" (1) über "Deutliche Algengrünfärbung" (3) bis "Stark erhöhte Algenwerte, Schaum, Geruch" (5). Die Bewertung der Erholungseignung verwendet dieselbe 1–5-Spanne: von "Wunderschön, könnte nicht besser sein" (1) über "Schwimmen/Genuss leicht beeinträchtigt" (3) bis "Schwimmen unmöglich" (5). Diese beiden Bewertungen korrelieren stark mit TSI-Werten: Seen mit TSI unter 40 erhalten fast immer Wahrnehmungsbewertungen von 1 oder 2.

Das Formular erfasst auch Negativfaktoren über ein Mehrfachauswahlfeld, in dem der Prüfer spezifische Beeinträchtigungen wie Algen, Unkraut/Makrophyten, Abfälle/Müll, Trübung durch Schluff oder Ton, Geruch oder Schaum identifiziert. Dieses Feld ist diagnostisch wertvoll, da es den Treiber der Wahrnehmungsbewertung unterscheidet — ein See mit Bewertung 4 aufgrund starken Makrophytenwachstums stellt eine andere Managementherausforderung dar als einer mit Bewertung 4 aufgrund von Algenschaum.

Die Secchi-Scheiben-Messung ist die primäre Feldkomponente des Carlson TSI. Das Standardprotokoll verwendet eine 20 cm durchmessende Scheibe mit abwechselnd schwarzen und weißen Quadranten, die an einer kalibrierten Leine von der Schattenseite des Bootes abgelassen wird. Der Prüfer notiert die Tiefe, bei der die Scheibe beim Absenken verschwindet (Verschwindungstiefe), und die Tiefe, bei der sie beim Anheben wieder erscheint (Wiedererscheinungstiefe). Die im TSI(SD)-Formel verwendete Secchi-Tiefe ist das arithmetische Mittel dieser beiden Werte.

Eine kritische Validierungsregel im Formular ist das Feld "Grund berührt?". Wenn die Secchi-Scheibe den Seegrund erreicht, bevor sie verschwindet, ist die Messung für die TSI-Berechnung ungültig, da die Lichtextinktion nicht vollständig durch die Wassersäulentrübung begrenzt wurde. Das Formular kennzeichnet diesen Zustand und schließt die Messung aus der TSI(SD)-Berechnung aus. Der Prüfer erfasst auch den Scheibentyp (Standard 20cm Schwarz/Weiß oder Marine 30cm Weiß) und ob ein Sichtrohr zur Eliminierung von Oberflächenblendung verwendet wurde.

Die Wasserprobennahme für die chemischen TSI-Parameter erfolgt beim gleichen Standortbesuch. Das Formular erfasst die Probenahmemethode — Integrationsschlauch (0–2 m), Van-Dorn-Schöpfer (diskrete Tiefe) oder Oberflächenschöpfprobe — wobei der Integrationsschlauch die Standardmethode für den Carlson TSI ist, da er ein repräsentatives Komposit des Epilimnions liefert. Jede Probenflasche erhält eine eindeutige Proben-ID (Gesamtphosphor-ID und Chlorophyll-a-ID) für die Labor-Rückverfolgbarkeit.

Für die Beurteilung nachhaltiger Entwässerungssysteme, die in Seen und Stauseen einleiten, siehe den CIRIA C753 SuDS-Inspektionsstandard. Alle verfügbaren Inspektionsstandards finden Sie im Normenverzeichnis.