Các chỉ số Shannon , cũng được biết đến trong các tài liệu như Shannon-Weaver, được sử dụng để định lượng đa dạng sinh học cụ thể. Ký hiệu H 'được sử dụng để đại diện cho nó, và các giá trị của nó dao động giữa các số dương, thường là từ 2, 3 và 4. Trong tài liệu, chỉ số này là một trong những chỉ số phổ biến nhất để đo đa dạng sinh học.
Chỉ số này tính đến số lượng loài tồn tại trong mẫu và số lượng cá thể tương đối của mỗi loài. Tức là nó chiêm ngưỡng sự phong phú, dồi dào của các loài sinh vật.
Nguồn: pixabay.com
Vì công thức liên quan đến tính toán của nó liên quan đến một lôgarit, không có giá trị lớn nhất cho chỉ số. Tuy nhiên, giá trị tối thiểu bằng 0, cho thấy sự thiếu vắng sự đa dạng - điều kiện tồn tại trong một môi trường độc canh, ví dụ, nơi chỉ có một loài.
Giá trị nhỏ hơn 2 được hiểu là hệ sinh thái có độ đa dạng loài tương đối thấp, trong khi giá trị lớn hơn 3 là cao. Các vùng sa mạc là ví dụ về các hệ sinh thái không đa dạng.
Ngược lại, rừng nhiệt đới và rạn san hô là những hệ sinh thái có tính đa dạng sinh học khá cao về các loài.
Quan điểm lịch sử
Chỉ số Shannon do Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) đề xuất, với mục đích tìm ra một thước đo có thể định lượng entropy. Nhà nghiên cứu này là một nhà toán học và kỹ sư điện, người gốc Hoa Kỳ.
Có một số nhầm lẫn với tên thực của chỉ mục. Tên đầy đủ là Shannon-Weiner index. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các tác giả gọi nó là chỉ số Shannon-Weaver.
Lỗi này xảy ra một phần là do Claude Shannon đã cộng tác với nhà toán học Warren Weaver nhiều lần.
Định nghĩa
Tính đa dạng là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để mô tả hệ sinh thái.
Chỉ số Shannon là một chỉ số nhằm đo lường sự đa dạng của các loài, xem xét tính đồng nhất của chúng. Nó là một ứng dụng của lý thuyết thông tin, và dựa trên ý tưởng rằng sự đa dạng hơn tương ứng với sự không chắc chắn lớn hơn trong việc lựa chọn ngẫu nhiên một loài cụ thể.
Nói cách khác, chỉ số hình thành tính đồng nhất của các giá trị tầm quan trọng trên tất cả các loài trong mẫu.
Nó có thể lấy các giá trị tối thiểu và tối đa sau: 0 chỉ ra rằng chỉ có một loài, trong khi logarit của S (tổng số loài trong mẫu) có nghĩa là tất cả các loài được đại diện bởi cùng một số lượng cá thể.
Giả sử chúng ta có một hệ sinh thái giả định chỉ có hai loài. Cũng hãy nghĩ rằng chúng có cùng tần số (chúng không thường xuyên). Do đó, độ không chắc chắn là 50%, vì hai lựa chọn thay thế có thể như nhau.
Việc xác định mang lại sự chắc chắn là đơn vị thông tin, được gọi là "bit". Ví dụ, nếu chúng ta có bốn loài tương đương nhau, thì độ đa dạng sẽ là hai bit.
Công thức
Về mặt toán học, chúng tôi tính toán chỉ số Shannon bằng biểu thức sau:
Trong biểu thức của chỉ số, biến số pi thể hiện độ phong phú theo tỷ lệ của loài i, được tính bằng trọng lượng khô của loài, lần lượt chia cho tổng trọng lượng khô trong mẫu.
Bằng cách này, chỉ số định lượng sự không chắc chắn trong dự đoán về danh tính loài của một cá thể được lấy ngẫu nhiên từ một mẫu.
Hơn nữa, cơ số của lôgarit được sử dụng trong biểu thức có thể được nhà nghiên cứu lựa chọn tự do. Bản thân Shannon đã thảo luận về logarit trong cơ số 2, 10 và e, trong đó mỗi thứ tương ứng với các đơn vị đo lường khác nhau.
Do đó, các đơn vị là chữ số nhị phân hoặc bit, chữ số thập phân và chữ số tự nhiên, cho các cơ số 2, 10 và e, tương ứng.
Lợi thế
Chỉ số Shannon là một trong những chỉ số được sử dụng nhiều nhất trong nghiên cứu sinh thái, vì ứng dụng của nó mang lại một số lợi thế nhất định, so với các chỉ số đa dạng tương đối phổ biến khác.
Đầu tiên, chỉ số không bị ảnh hưởng đáng kể bởi kích thước của mẫu. Một số nghiên cứu đã tìm cách tìm ra ảnh hưởng của cỡ mẫu và đã kết luận rằng, quả thật, cỡ mẫu có ảnh hưởng rất nhỏ đến các phép đo về tính đa dạng của loài.
Thứ hai, việc áp dụng chỉ mục dẫn đến việc thu thập một lượng lớn thông tin, chỉ trong một biểu thức toán học. Đây là một tính năng rất hữu ích nếu bạn muốn truyền đạt một lượng thông tin đáng kể đến nhiều đối tượng.
Hơn nữa, đặt một chỉ mục "trong ngữ cảnh" là rất quan trọng đối với việc giải thích nó. Phần đầu tiên là nhận ra các giá trị tối đa và tối thiểu mà nó trả về. Trong chỉ số Shannon, dễ dàng thấy rằng giá trị tối đa tương ứng với Log S, trong đó S là của cải và giá trị tối thiểu là 0.
Đồng nhất
Chỉ số Shannon dựa trên một khái niệm rất phù hợp trong sinh thái học: tính đồng nhất. Thông số này đề cập đến mức độ đại diện của các loài trong suốt mẫu.
Các cực trị bao gồm một loài ưu thế duy nhất và các loài khác hiện diện với số lượng rất thấp (giá trị đồng nhất gần 0), cho tất cả các loài được biểu thị bằng số lượng bằng nhau (giá trị đồng nhất gần 1).
Tính đồng nhất đóng một vai trò cơ bản trong phân tích sinh thái của sự đa dạng. Ví dụ, trong các cộng đồng đồng đều hơn, chỉ số Shannon trở nên nhạy cảm hơn với sự giàu có.
Khả năng áp dụng
Các chỉ số đa dạng được sử dụng rộng rãi trong giám sát, theo quan điểm của sinh thái học và bảo tồn các loài có nguy cơ tuyệt chủng.
Các chỉ số đa dạng về loài có đặc điểm là tóm tắt một lượng lớn dữ liệu quan trọng có thể được sử dụng để suy ra các đặc điểm của quần thể.
Chỉ số này đã được sử dụng để nghiên cứu các tác động khác nhau của các xáo trộn và căng thẳng đối với sự đa dạng của các quần xã, cả động vật và thực vật, vì nó cung cấp thông tin phức tạp dựa trên số lượng loài và tính đồng nhất.
Cuối cùng, mối liên hệ giữa sự đa dạng của các hệ sinh thái và khả năng phục hồi của chúng đã là chủ đề của cuộc tranh luận rộng rãi. Một số nghiên cứu đã có thể chứng thực cách tiếp cận này.
Người giới thiệu
- Gliessman, SR (2002). Nông học: các quá trình sinh thái trong nông nghiệp bền vững. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Hệ thống Silvopastoral được thành lập với Pinus radiata D. Don và Betula alba L. ở Galicia. Đại học Santiago de Compostela.
- Jorgensen, SE (2008). Bách khoa toàn thư về sinh thái học, do Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath biên tập.
- Kelly, A. (2016). Phát triển các thước đo về Công bằng, Đa dạng và Cạnh tranh: Các thước đo mới cho các trường học và đại học. Routledge.
- Pal, R., & Choudhury, AK (2014). Giới thiệu về phytoplanktons: đa dạng và sinh thái. Springer.
- Pla, L. (2006). Đa dạng sinh học: Suy luận dựa trên chỉ số Shannon và sự giàu có. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Đặc điểm cộng đồng. Kiến thức Giáo dục Tự nhiên 3 (10): 39