Shannon index, také známý v literatuře jako Shannon-Weaver, se používá pro kvantifikaci specifické biologické rozmanitosti. K jeho reprezentaci se používá symbol H 'a jeho hodnoty oscilují mezi kladnými čísly, obvykle mezi 2, 3 a 4. V literatuře je tento index jedním z nejpopulárnějších pro měření biologické rozmanitosti.
Index bere v úvahu počet druhů, které ve vzorku existují, a relativní počet jedinců pro každý z těchto druhů. To znamená, že uvažuje o bohatství a hojnosti druhu.
Zdroj: pixabay.com
Protože vzorec zahrnutý do jeho výpočtu zahrnuje logaritmus, neexistuje žádná maximální hodnota pro index. Minimální hodnota je však nulová, což naznačuje nepřítomnost rozmanitosti - podmínka, která existuje například v monokultuře, kde je pouze jeden druh.
Hodnoty menší než 2 jsou interpretovány jako ekosystémy s relativně nízkou druhovou diverzitou, zatímco hodnoty větší než 3 jsou vysoké. Pouštní regiony jsou příklady málo rozmanitých ekosystémů.
Tropické lesy a útesy jsou naproti tomu ekosystémy s poměrně vysokou biodiverzitou druhů.
Historická perspektiva
Shannonův index navrhl Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) s cílem nalézt opatření, které by mohlo kvantifikovat entropii. Tento vědec byl matematik a elektrotechnik, původem ze Spojených států.
Existuje určitý zmatek se skutečným názvem indexu. Celé jméno je Shannon-Weinerův index. Autoři ji však v mnoha případech označují jako index Shannon-Weaver.
K této chybě došlo částečně, protože Claude Shannon několikrát spolupracoval s matematikem Warrenem Weaverem.
Definice
Rozmanitost je jedním z nejdůležitějších parametrů používaných k popisu ekosystémů.
Shannonův index je index, který se snaží měřit rozmanitost druhů s ohledem na jejich jednotnost. Je to aplikace teorie informací a je založena na myšlence, že větší rozmanitost odpovídá větší nejistotě při náhodném výběru konkrétního druhu.
Jinými slovy, index formuluje jednotnost hodnot důležitosti u všech druhů ve vzorku.
Může mít následující minimální a maximální hodnoty: nula znamená, že existuje pouze jeden druh, zatímco logaritmus S (celkový počet druhů ve vzorku) znamená, že všechny druhy jsou reprezentovány stejným počtem jedinců.
Předpokládejme, že máme hypotetický ekosystém jen se dvěma druhy. Pojďme si také myslet, že jsou na stejné frekvenci (jsou rovnocenné). Nejistota je tedy 50%, protože obě alternativy jsou stejně možné.
Identifikace, která dává jistotu, je jednotka informace, zvaná „bit“. Pokud máme například čtyři rovnocenné druhy, rozmanitost budou dva bity.
Vzorec
Matematicky vypočítáváme Shannonův index pomocí následujícího výrazu:
Ve vyjádření indexu proměnná pi představuje poměrné množství druhů i, vypočtené jako suchá hmotnost druhu, dělená zase celkovou suchou hmotností ve vzorku.
Tímto způsobem index kvantifikuje nejistotu v predikci identity druhu jedince, která je náhodně odebrána ze vzorku.
Kromě toho, základ logaritmu použitého ve výrazu může vědec volně zvolit. Samotný Shannon diskutoval logaritmy v základech 2, 10 a e, kde každý odpovídal různým měrným jednotkám.
Jednotky jsou tedy binární číslice nebo bity, desetinná čísla a přirozená číslice pro báze 2, 10 a e.
Výhoda
Shannonův index je jedním z nejpoužívanějších v ekologickém výzkumu, protože jeho aplikace má určité výhody ve srovnání s jinými populárními indexy diverzity.
Za prvé, index není významně ovlivněn velikostí vzorku. Několik studií se snažilo najít účinek velikosti vzorku a dospělo k závěru, že velikost vzorku má skutečně velmi malý vliv na měření rozmanitosti druhu.
Za druhé, použití indexu vede k zachycení velkého množství informací, a to pouze jedním matematickým výrazem. Toto je velmi užitečná funkce, pokud chcete sdělit značné množství informací širokému publiku.
Pro její interpretaci je navíc zásadní uvést index „v kontextu“. První část je rozpoznat maximální a minimální hodnoty, které vrátí. V Shannonově indexu je snadno vidět, že maximum odpovídá Log S, kde S je bohatství a minimum je 0.
Jednotnost
Shannonův index je založen na velmi relevantním konceptu v ekologii: uniformitě. Tento parametr se týká stupně, ve kterém jsou druhy zastoupeny ve vzorku.
Extrémy zahrnují jediný dominantní druh a další druhy přítomné ve velmi nízkých počtech (hodnoty uniformity blízko 0), ke všem druhům reprezentovaným stejnými čísly (hodnoty uniformity blízko 1).
Uniformita hraje zásadní roli v ekologické analýze rozmanitosti. Například ve více jednotných komunitách se Shannonův index stává citlivějším na bohatství.
Použitelnost
Indexy rozmanitosti se široce používají při monitorování z hlediska ekologie a ochrany ohrožených druhů.
Indexy druhové diverzity mají specifičnost shrnutí velkého a důležitého množství údajů, které lze použít k odvození charakteristik populace.
Tento index byl použit ke studiu různých účinků poruch a stresu na rozmanitost komunit, jak zvířat, tak rostlin, protože poskytuje komplexní informace založené na počtu druhů a uniformitě.
A konečně, vztah mezi rozmanitostí ekosystémů a jejich odolností byl předmětem široké debaty. Některé studie dokázaly tento přístup potvrdit.
Reference
- Gliessman, SR (2002). Agroekologie: ekologické procesy v udržitelném zemědělství. KOCOUR.
- Núñez, EF (2008). Silvopastorální systémy vytvořené s Pinus radiata D. Don a Betula alba L. v Galicii. Univerzita Santiago de Compostela.
- Jorgensen, SE (2008). Encyklopedie ekologie, editoval Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Rozvoj metrik pro rovnost, rozmanitost a hospodářskou soutěž: Nová opatření pro školy a univerzity. Routledge.
- Pal, R., & Choudhury, AK (2014). Úvod do fytoplanktonů: rozmanitost a ekologie. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiverzita: Inference založená na Shannonově indexu a bohatství. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Charakteristika společenství. Znalost přírodního vzdělávání 3 (10): 39