Na kvantifikáciu špecifickej biodiverzity sa používa Shannonov index , známy aj z literatúry ako Shannon-Weaver. Symbol H 'sa používa na jeho zobrazenie a jeho hodnoty sa pohybujú medzi kladnými číslami, zvyčajne medzi 2, 3 a 4. V literatúre je tento index jedným z najpopulárnejších na meranie biodiverzity.
V indexe sa zohľadňuje počet druhov, ktoré existujú vo vzorke, a relatívny počet jedincov pre každý z týchto druhov. To znamená, že uvažuje o bohatstve a hojnosti druhov.
Zdroj: pixabay.com
Pretože vzorec zahrnutý do jeho výpočtu zahŕňa logaritmus, pre index neexistuje maximálna hodnota. Minimálna hodnota je však nula, čo naznačuje neprítomnosť diverzity - stav, ktorý existuje v monokultúre, napríklad, ak existuje iba jeden druh.
Hodnoty menšie ako 2 sa interpretujú ako ekosystémy s relatívne nízkou druhovou diverzitou, zatiaľ čo hodnoty vyššie ako 3 sú vysoké. Púštne regióny sú príkladmi málo rozmanitých ekosystémov.
Tropické lesy a útesy sú naopak ekosystémy s pomerne vysokou biodiverzitou druhov.
Historická perspektíva
Shannonov index navrhol Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) s cieľom nájsť opatrenie, ktoré by mohlo kvantifikovať entropiu. Tento vedecký pracovník bol matematik a elektrotechnik, pôvodom zo Spojených štátov.
Existuje určitý zámena so skutočným názvom indexu. Celé meno je Shannon-Weinerov index. Autori to však pri mnohých príležitostiach označujú ako index Shannon-Weaver.
Táto chyba sa čiastočne vyskytla, pretože Claude Shannon pri viacerých príležitostiach spolupracoval s matematikom Warrenom Weaverom.
definícia
Diverzita je jedným z najdôležitejších parametrov používaných na opis ekosystémov.
Shannonov index je index, ktorý sa snaží merať rozmanitosť druhov vzhľadom na ich jednotnosť. Je to aplikácia teórie informácií a je založená na myšlienke, že väčšia rozmanitosť zodpovedá väčšej neistote pri náhodnom výbere konkrétneho druhu.
Inými slovami, index formuluje jednotnosť hodnôt dôležitosti pre všetky druhy vo vzorke.
Môže mať tieto minimálne a maximálne hodnoty: nula znamená, že existuje iba jeden druh, zatiaľ čo logaritmus S (celkový počet druhov vo vzorke) znamená, že všetky druhy sú zastúpené rovnakým počtom jedincov.
Predpokladajme, že máme hypotetický ekosystém len s dvoma druhmi. Pozrime sa tiež na to, že sú na rovnakej frekvencii (sú rovnocenné). Neistota je teda 50%, pretože tieto dve alternatívy sú rovnako možné.
Identifikácia, ktorá poskytuje istotu, je informačná jednotka nazývaná bit. Ak máme napríklad štyri rovnaké druhy, rozmanitosť budú dva bity.
vzorec
Matematicky vypočítame Shannonov index pomocou nasledujúceho výrazu:
Vo vyjadrení indexu predstavuje premenná pi pomerné množstvo druhov i, vypočítané ako suchá hmotnosť druhov, vydelená zase celkovou suchou hmotnosťou vo vzorke.
Týmto spôsobom index kvantifikuje neistotu pri predikcii identity druhu jednotlivca, ktorá sa náhodne vyberie zo vzorky.
Ďalej, základ logaritmu použitého vo výraze môže výskumník slobodne zvoliť. Samotný Shannon diskutoval o logaritmoch v základoch 2, 10 a e, kde každý korešpondoval s rôznymi meracími jednotkami.
Jednotky sú teda binárnymi číslicami alebo bitmi, desatinnými číslicami a prirodzenými číslicami pre bázy 2, 10 a e.
výhoda
Shannonov index je jedným z najpoužívanejších v ekologickom výskume, pretože jeho použitie má určité výhody v porovnaní s inými populárnymi indexmi diverzity.
Po prvé, veľkosť vzorky nie je významne ovplyvnená indexom. Niekoľko štúdií sa snažilo nájsť vplyv veľkosti vzorky a dospelo k záveru, že veľkosť vzorky má skutočne veľmi mierny vplyv na meranie diverzity druhu.
Po druhé, použitie indexu vedie k zachyteniu veľkého množstva informácií iba v jednom matematickom výraze. Toto je veľmi užitočná funkcia, ak chcete oznámiť značné množstvo informácií širokému publiku.
Navyše, uvedenie indexu „v kontexte“ je pre jeho interpretáciu rozhodujúce. Prvou časťou je rozpoznanie maximálnej a minimálnej hodnoty, ktorú vracia. V Shannonovom indexe je ľahké vidieť, že maximum zodpovedá Log S, kde S je bohatstvo a minimum je 0.
jednotnosť
Shannonov index je založený na veľmi relevantnom koncepte v ekológii: uniformite. Tento parameter sa týka stupňa zastúpenia druhov vo vzorke.
Extrémy zahŕňajú jediný dominantný druh a iné druhy prítomné vo veľmi nízkych počtoch (hodnoty uniformity blízko 0), pre všetky druhy zastúpené rovnakými číslami (hodnoty uniformity blízko 1).
Jednotnosť zohráva zásadnú úlohu v ekologickej analýze rozmanitosti. Napríklad v jednotnejších komunitách sa Shannonov index stáva citlivejším na bohatstvo.
Použiteľnosť
Indexy diverzity sa pri monitorovaní široko používajú z hľadiska ekológie a ochrany ohrozených druhov.
Indexy druhovej diverzity majú špecifickosť spočítavanie veľkého a dôležitého množstva údajov, ktoré možno použiť na odvodenie charakteristík populácie.
Tento index sa použil na štúdium rôznych účinkov porúch a stresu na rozmanitosť spoločenstiev, zvierat i rastlín, pretože poskytuje komplexné informácie založené na počte druhov a uniformite.
Napokon súvislosť medzi rozmanitosťou ekosystémov a ich odolnosťou bola predmetom širokej diskusie. Niektoré štúdie dokázali tento prístup potvrdiť.
Referencie
- Gliessman, SR (2002). Agroekológia: ekologické procesy v udržateľnom poľnohospodárstve. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Silvopastorálne systémy sa vytvorili s Pinus radiata D. Don a Betula alba L. v Galícii. Univerzita Santiago de Compostela.
- Jorgensen, SE (2008). Encyklopédia ekológie, editoval Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Rozvíjanie metrík pre spravodlivosť, rozmanitosť a hospodársku súťaž: nové opatrenia pre školy a univerzity. Routledge.
- Pal, R., & Choudhury, AK (2014). Úvod do fytoplanktónov: rozmanitosť a ekológia. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiverzita: Inferencia založená na Shannonovom indexe a bohatstve. Interciencia, 31 (8), 583 - 590.
- Pyron, M. (2010) Charakterizácia spoločenstiev. Znalosť prírodnej výchovy 3 (10): 39