Индекс Шеннона , также известный в литературе как Шеннон-Уивер, используется для количественной оценки конкретного биоразнообразия. Для его обозначения используется символ H ', а его значения варьируются между положительными числами, обычно между 2, 3 и 4. В литературе этот индекс является одним из самых популярных для измерения биоразнообразия.
Индекс учитывает количество видов, существующих в выборке, и относительное количество особей для каждого вида. То есть созерцает богатство и изобилие видов.
Источник: pixabay.com
Поскольку формула, используемая при его вычислении, включает логарифм, максимальное значение для индекса отсутствует. Однако минимальное значение равно нулю, что указывает на отсутствие разнообразия - состояние, которое существует в монокультуре, например, где есть только один вид.
Значения менее 2 интерпретируются как экосистемы с относительно низким видовым разнообразием, тогда как значения более 3 считаются высокими. Пустынные районы - примеры не очень разнообразных экосистем.
Тропические леса и рифы, напротив, представляют собой экосистемы с довольно высоким биоразнообразием видов.
Историческая перспектива
Индекс Шеннона был предложен Клодом Элвудом Шенноном (1916-2001) с целью найти меру, которая могла бы количественно определить энтропию. Этот исследователь был математиком и инженером-электриком из США.
Существует некоторая путаница с фактическим названием индекса. Полное название - индекс Шеннона-Вайнера. Однако во многих случаях авторы называют его индексом Шеннона-Уивера.
Эта ошибка произошла отчасти из-за того, что Клод Шеннон несколько раз работал вместе с математиком Уорреном Уивером.
Определение
Разнообразие - один из наиболее важных параметров, используемых для описания экосистем.
Индекс Шеннона - это индекс, который стремится измерить разнообразие видов с учетом их однородности. Это приложение теории информации, основанное на идее, что большее разнообразие соответствует большей неопределенности при случайном выборе конкретного вида.
Другими словами, индекс формулирует единообразие значений важности для всех видов в выборке.
Он может принимать следующие минимальные и максимальные значения: ноль означает, что существует только один вид, а логарифм S (общее количество видов в выборке) означает, что все виды представлены одинаковым количеством особей.
Предположим, у нас есть гипотетическая экосистема, в которой всего два вида. Давайте также подумаем, что они имеют одинаковую частоту (они одинаковы по частоте). Таким образом, неопределенность составляет 50%, поскольку обе альтернативы одинаково возможны.
Идентификацией, которая дает уверенность, является единица информации, называемая «бит». Если у нас есть, например, четыре равночастных вида, разнообразие будет два бита.
формула
Математически мы вычисляем индекс Шеннона с помощью следующего выражения:
В выражении индекса переменная pi представляет собой пропорциональную численность вида i, рассчитанную как сухой вес вида, деленный, в свою очередь, на общий сухой вес в образце.
Таким образом, индекс количественно определяет неопределенность в прогнозе идентичности вида особи, взятой случайным образом из выборки.
Кроме того, основание логарифма, используемое в выражении, может быть свободно выбрано исследователем. Сам Шеннон обсуждал логарифмы с основанием 2, 10 и е, где каждый соответствует разным единицам измерения.
Таким образом, единицы измерения представляют собой двоичные цифры или биты, десятичные цифры и натуральные цифры для оснований 2, 10 и e соответственно.
преимущество
Индекс Шеннона является одним из наиболее часто используемых в экологических исследованиях, поскольку его применение имеет определенные преимущества по сравнению с другими относительно популярными индексами разнообразия.
Во-первых, размер выборки существенно не влияет на индекс. Несколько исследований пытались найти влияние размера выборки и пришли к выводу, что, действительно, размер выборки очень незначительно влияет на измерения разнообразия видов.
Во-вторых, применение индекса позволяет получить большой объем информации всего в одном математическом выражении. Это очень полезная функция, если вы хотите донести значительный объем информации до широкой аудитории.
Более того, размещение индекса «в контексте» имеет решающее значение для его интерпретации. Первая часть - распознать максимальные и минимальные значения, которые он возвращает. В индексе Шеннона легко видеть, что максимум соответствует Log S, где S - богатство, а минимум - 0.
единообразие
Индекс Шеннона основан на очень актуальной экологической концепции: единообразие. Этот параметр относится к степени, в которой виды представлены в выборке.
К крайним значениям относятся один доминирующий вид и другие виды, присутствующие в очень небольшом количестве (значения однородности близки к 0), ко всем видам, представленным равными числами (значения однородности близки к 1).
Единообразие играет фундаментальную роль в экологическом анализе разнообразия. Например, в более однородных сообществах индекс Шеннона становится более чувствительным к богатству.
применимость
Индексы разнообразия широко используются в мониторинге с точки зрения экологии и сохранения исчезающих видов.
Индексы видового разнообразия имеют особенность резюмирования большого и важного количества данных, которые могут использоваться для вывода характеристик популяций.
Этот индекс использовался для изучения различных воздействий нарушений и стресса на разнообразие сообществ, как животных, так и растений, поскольку он предоставляет комплексную информацию, основанную на количестве видов и однородности.
Наконец, связь между разнообразием экосистем и их устойчивостью стала предметом широких дискуссий. Некоторые исследования смогли подтвердить этот подход.
Ссылки
- Глиссман, SR (2002). Агроэкология: экологические процессы в устойчивом сельском хозяйстве. ЦНИВО.
- Нуньес, Э. Ф. (2008). Сильвопасторальные системы, основанные на Pinus radiata D. Don и Betula alba L. в Галисии. Университет Сантьяго-де-Компостела.
- Йоргенсен, С.Е. (2008). Энциклопедия экологии под редакцией Свена Эрика Йоргенсена, Брайана Д. Фата.
- Келли, А. (2016). Разработка показателей справедливости, разнообразия и конкуренции: новые меры для школ и университетов. Рутледж.
- Пал, Р., и Чоудхури, АК (2014). Введение в фитопланктон: разнообразие и экология. Springer.
- Пла, Л. (2006). Биоразнообразие: вывод на основе индекса Шеннона и богатства. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Пайрон, М. (2010) Характеризуя сообщества. Знания о естественном просвещении 3 (10): 39