Czym jest indeks Shannon i do czego służy?



The Indeks Shannona, Znany również w literaturze jako Shannon-Weaver, służy do ilościowego określania różnorodności biologicznej. Symbol H 'jest używany do jego reprezentowania, a jego wartości oscylują między liczbami dodatnimi, zwykle między 2, 3 i 4. W literaturze wskaźnik ten jest jednym z najbardziej popularnych do pomiaru bioróżnorodności.

Indeks uwzględnia ilość gatunków występujących w próbce i względną ilość osobników, które istnieją dla każdego gatunku. To znaczy kontempluj bogactwo i obfitość gatunku.

Ponieważ formuła biorąca udział w jego obliczeniu wymaga logarytmu, nie ma maksymalnej wartości indeksu. Jednak minimalna wartość wynosi zero, co wskazuje na brak różnorodności - istniejący stan w monokulturze, na przykład, gdy istnieje tylko jeden gatunek.

Wartości niższe niż 2 są interpretowane jako ekosystemy o stosunkowo niskiej różnorodności gatunków, podczas gdy te większe niż 3 są wysokie. Regiony pustynne są przykładami różnorodnych ekosystemów.

Natomiast lasy tropików i rafy są ekosystemami o dość dużej różnorodności biologicznej gatunków.

Indeks

  • 1 Perspektywa historyczna
  • 2 Definicja
  • 3 Formuła
  • 4 zalety
  • 5 Jednorodność
  • 6 Możliwość zastosowania
  • 7 referencji

Perspektywa historyczna

Indeks Shannona został zaproponowany przez Claude Elwood Shannon (1916 - 2001), w celu znalezienia miary, która mogłaby określić ilościowo entropię. Ten badacz był matematykiem i inżynierem elektrykiem, pochodzącym ze Stanów Zjednoczonych.

Istnieje pewne zamieszanie z prawdziwą nazwą indeksu. Pełna nazwa to indeks Shannon-Weiner. Jednak przy wielu okazjach autorzy nazywają go indeksem Shannon-Weaver.

Błąd ten wystąpił częściowo, ponieważ Claude Shannon współpracował z matematykiem Warrenem Weaveriem przy kilku okazjach.

Definicja

Różnorodność jest jednym z najważniejszych parametrów używanych do opisywania ekosystemów.

Indeks Shannona jest indeksem, który ma na celu zmierzenie różnorodności gatunków, biorąc pod uwagę ich jednolitość. Jest to zastosowanie teorii informacji i opiera się na założeniu, że największa różnorodność odpowiada większej niepewności przy losowym wybieraniu konkretnego gatunku..

Innymi słowy, indeks formułuje jednolitość ważnych wartości za pomocą wszystkich gatunków w próbce.

Może przyjmować następujące wartości minimalne i maksymalne: zero wskazuje, że istnieje tylko jeden gatunek, podczas gdy logarytm wynosi S (całkowita liczba gatunków w próbie) oznacza, że ​​wszystkie gatunki są reprezentowane przez tę samą liczbę osobników.

Załóżmy, że mamy hipotetyczny ekosystem zawierający tylko dwa gatunki. Pomyślmy też, że są na tej samej częstotliwości (są równie popularne). Zatem niepewność wynosi 50%, ponieważ obie alternatywy są równie możliwe.

Identyfikacja, która daje pewność, jest jednostką informacji zwaną „bitem”. Jeśli mamy na przykład cztery gatunki równomierne, różnorodność będzie dwójką.

Formuła

Matematycznie obliczamy indeks Shannona za pomocą następującego wyrażenia:

H ' = - Σ pi ln pi

W wyrażeniu indeksu zmienna pi reprezentuje proporcjonalną obfitość gatunku i, obliczona jako sucha masa gatunku, podzielona z kolei przez całkowitą suchą masę w próbce.

W ten sposób indeks kwantyfikuje niepewność w przewidywaniu tożsamości gatunku osobnika, który jest pobierany losowo z próbki.

Ponadto podstawa logarytmu użytego w wyrażeniu może być dowolnie wybrana przez badacza. Shannon sam omówił logarytmy w bazach 2, 10 i e, gdzie każdy odpowiadał różnym jednostkom miar.

Zatem jednostki są cyframi binarnymi lub bitami, cyframi dziesiętnymi i cyframi naturalnymi, dla zasad 2, 10 i e, odpowiednio.

Zalety

Indeks Shannona jest jednym z najczęściej używanych w badaniach ekologicznych, ponieważ jego zastosowanie ma pewne zalety w porównaniu z innymi wskaźnikami różnorodności, które są stosunkowo popularne.

Po pierwsze, wielkość próby nie ma istotnego wpływu na indeks. W kilku badaniach starano się znaleźć wpływ wielkości próby i doszliśmy do wniosku, że tak naprawdę wielkość próbki ma bardzo niewielki wpływ na pomiary różnorodności gatunków.

Po drugie, zastosowanie wskaźnika prowadzi do przechwycenia dużej ilości informacji, tylko w jednym wyrażeniu matematycznym. Jest to bardzo przydatna funkcja, jeśli chcesz przekazać znaczną ilość informacji szerokiemu gronu odbiorców.

Ponadto umieszczenie indeksu „w kontekście” ma kluczowe znaczenie dla jego interpretacji. Pierwsza część polega na rozpoznaniu maksymalnych i minimalnych wartości, które rzuca. W indeksie Shannona łatwo jest wyobrazić sobie, że maksimum odpowiada dziennikowi S, gdzie S jest bogactwem, a minimum to 0.

Jednorodność

Indeks Shannona opiera się na bardzo istotnej koncepcji ekologii: jednolitości. Ten parametr odnosi się do stopnia, w jakim gatunki są reprezentowane w całej próbce.

Ekstrema obejmują pojedynczy gatunek dominujący i inne gatunki obecne w bardzo niskich liczbach (wartości jednorodności zbliżone do 0), do wszystkich gatunków reprezentowanych przez równe liczby (wartości jednorodności zbliżone do 1).

Jednolitość odgrywa fundamentalną rolę w ekologicznej analizie różnorodności. Na przykład w bardziej jednolitych społecznościach indeks Shannona staje się bardziej wrażliwy na bogactwo.

Możliwość zastosowania

Wskaźniki różnorodności są szeroko stosowane w monitorowaniu z punktu widzenia ekologii i ochrony zagrożonych gatunków.

Wskaźniki różnorodności gatunków mają szczególny charakter podsumowania dużej i ważnej ilości danych, które można wykorzystać do wnioskowania o cechach populacji.

Indeks ten został wykorzystany do zbadania różnych skutków zaburzeń i stresu na różnorodność społeczności, zarówno zwierząt, jak i roślin, ponieważ dostarcza kompleksowych informacji na podstawie liczby gatunków i jednorodności.

Wreszcie związek między różnorodnością ekosystemów a odpornością ekosystemów był przedmiotem szerokiej debaty. Niektóre badania potwierdziły to podejście.

Referencje

  1. Gliessman, S. R. (2002). Agroekologia: ekologiczne procesy w zrównoważonym rolnictwie. CATIE.
  2. Núñez, E. F. (2008). Układy leśno-przewodowe ustanowione za pomocą Pinus radiata D. Don i Betula alba L. w Galicji. Uniwersytet Santiago de Compostela.
  3. Jorgensen, S. E. (2008). Encyklopedia ekologii, pod redakcją Svena Erika Jorgensena, Briana D. Fatha.
  4. Kelly, A. (2016). Opracowywanie wskaźników równości, różnorodności i konkurencji: nowe środki dla szkół i uniwersytetów. Routledge.
  5. Pal, R. i Choudhury, A. K. (2014). Wprowadzenie do fitoplanktonów: różnorodność i ekologia. Springer.
  6. Pla, L. (2006). Różnorodność biologiczna: wnioskowanie oparte na indeksie Shannona i bogactwie. Interciencia, 31(8), 583-590.
  7. Pyron, M. (2010) Charakteryzowanie społeczności. Nature Education Knowledge 3 (10): 39