Індекс Шеннона , який також відомий в літературі як Шеннон-Вівер, використовується для кількісного визначення конкретного біорізноманіття. Символ H 'використовується для його представлення, а його значення коливаються між позитивними числами, як правило, між 2, 3 і 4. У літературі цей показник є одним з найпопулярніших для вимірювання біорізноманіття.
Індекс враховує кількість видів, які існують у вибірці, та відносну кількість особин для кожного з видів. Тобто, він споглядає багатство та достаток виду.
Джерело: pixabay.com
Оскільки формула, що бере участь у його обчисленні, передбачає логарифм, то для індексу немає максимального значення. Однак мінімальне значення дорівнює нулю, що свідчить про відсутність різноманітності - умова, яка існує в монокультурі, наприклад, там, де є лише один вид.
Значення менше 2 трактуються як екосистеми з відносно низьким видовим різноманіттям, тоді як значення більше 3 високі. Пустельні регіони - приклади не дуже різноманітних екосистем.
Тропічні ліси та рифи, навпаки, є екосистемами з досить високим біорізноманіттям видів.
Історична перспектива
Індекс Шеннона був запропонований Клодом Елвудом Шенноном (1916 - 2001) з метою пошуку міри, яка могла б кількісно визначити ентропію. Цей дослідник був математиком та інженером-електротехніком, родом із США.
Існує деяка плутанина з фактичною назвою індексу. Повна назва - індекс Шеннона-Вайнера. Однак у багатьох випадках автори називають це індексом Шеннона-Вівера.
Частково ця помилка виникла через те, що Клод Шеннон працював у співпраці з математиком Уорреном Вівевером кілька разів.
Визначення
Різноманітність - один з найважливіших параметрів, який використовується для опису екосистем.
Індекс Шеннона - це індекс, який прагне виміряти різноманітність видів, враховуючи їх однорідність. Це застосування теорії інформації і засноване на ідеї, що більша різноманітність відповідає більшої невизначеності у випадковому виборі конкретного виду.
Іншими словами, індекс формулює рівномірність значень важливості для всіх видів у вибірці.
Він може приймати такі мінімальні та максимальні значення: нуль означає, що існує лише один вид, тоді як логарифм S (загальна кількість видів у вибірці) означає, що всі види представлені однаковою кількістю особин.
Припустимо, у нас є гіпотетична екосистема лише з двома видами. Давайте також подумаємо, що вони є однаковою частотою (вони рівночасні). Таким чином, невизначеність становить 50%, оскільки дві альтернативи однаково можливі.
Ідентифікація, яка дає певність, - це одиниця інформації, яка називається "біт". Якщо у нас, наприклад, є чотири рівномірні види, різноманітність буде двома бітами.
Формула
Математично ми обчислюємо індекс Шеннона за допомогою наступного виразу:
У виразі індексу змінна pi являє собою пропорційну величину видів i, обчислену як суху масу виду, поділену, у свою чергу, на загальну суху масу у зразку.
Таким чином, індекс кількісно визначає невизначеність у прогнозуванні ідентичності виду особини, яка взята випадковим чином з вибірки.
Крім того, дослідник може вільно обирати основу логарифму, що використовується в виразі. Сам Шеннон обговорював логарифми в основах 2, 10 і е, де кожен відповідав різним одиницям вимірювання.
Таким чином, одиницями є двійкові цифри чи біти, десяткові цифри та натуральні цифри для основ 2, 10 та е відповідно.
Перевага
Індекс Шеннона є одним з найбільш використовуваних в екологічних дослідженнях, оскільки його застосування несе певні переваги, порівняно з іншими показниками різноманітності, які є відносно популярними.
По-перше, на показник суттєво не впливає розмір вибірки. Кілька досліджень прагнули знайти ефект розміру вибірки і дійшли висновку, що, дійсно, розмір вибірки має дуже незначний вплив на вимірювання різноманітності видів.
По-друге, застосування індексу призводить до збору великої кількості інформації, всього лише в одному математичному виразі. Це дуже корисна функція, якщо ви хочете донести значну кількість інформації до широкої аудиторії.
Крім того, введення індексу "у контекст" має вирішальне значення для його тлумачення. Перша частина полягає у визнанні максимальних і мінімальних значень, які вона повертає. В індексі Шеннона легко помітити, що максимум відповідає Log S, де S - багатство, а мінімум - 0.
Уніфікованість
Індекс Шеннона заснований на дуже актуальній екологічній концепції: рівномірності. Цей параметр відноситься до ступеня, в якій види представлені у всій вибірці.
До крайніх належать один домінуючий вид та інші види, присутні в дуже низькій кількості (значення однорідності, близькі до 0), до всіх видів, представлених рівними числами (значення однорідності, близькі до 1).
Уніфікованість відіграє фундаментальну роль в екологічному аналізі різноманіття. Наприклад, у більш рівномірних громадах індекс Шеннона стає більш чутливим до багатства.
Застосовуваність
Індекси різноманітності широко використовуються в моніторингу з точки зору екології та збереження зникаючих видів.
Індекси різноманітності видів мають особливість узагальнення великого та важливого обсягу даних, які можуть бути використані для підрахунку характеристик популяції.
Цей індекс був використаний для вивчення різного впливу порушень та стресу на різноманітність спільнот, як тварин, так і рослин, оскільки він надає складну інформацію, що ґрунтується на кількості видів та однорідності.
Нарешті, зв'язок між різноманітністю екосистем та їх стійкістю став предметом широких дискусій. Деякі дослідження змогли підтвердити цей підхід.
Список літератури
- Гліссман, SR (2002). Агроекологія: екологічні процеси в сталому сільському господарстві. КАТІ.
- Нунес, ЕФ (2008). Сильвопасторальні системи, встановлені Pinus radiata D. Don та Betula alba L. у Галичині. Університет Сантьяго де Компостела.
- Йоргенсен, SE (2008). Енциклопедія екології під редакцією Свена Еріка Йоргенсена, Брайана Д. Фатта.
- Келлі, А. (2016). Розробка показників справедливості, різноманітності та конкуренції: нові заходи для шкіл та університетів. Routledge.
- Pal, R., & Choudhury, AK (2014). Вступ до фітопланктонів: різноманітність та екологія. Спрингер.
- Пла, Л. (2006). Біорізноманіття: висновки на основі індексу Шеннона та багатства. Інтерсіенсія, 31 (8), 583-590.
- Пірон, М. (2010) Характеристика спільнот. Знання про природничу освіту 3 (10): 39