The Shannon indeks, også kendt i litteraturen som Shannon-Weaver, anvendes til at kvantificere specifik biodiversitet. Symbolet H 'bruges til at repræsentere det, og dets værdier svinger mellem positive tal, generelt mellem 2, 3 og 4. I litteraturen er dette indeks et af de mest populære til måling af biodiversitet.
Indekset tager højde for antallet af arter, der findes i prøven, og det relative antal individer for hver af arterne. Det vil sige, det overvejer artenes rigdom og overflod.
Kilde: pixabay.com
Da formlen involveret i dens beregning involverer en logaritme, er der ingen maksimumværdi for indekset. Mindsteværdien er imidlertid nul, hvilket indikerer fraværet af mangfoldighed - den tilstand, der findes i en monokultur, for eksempel, hvor der kun er en art.
Værdier mindre end 2 fortolkes som økosystemer med relativt lav artsdiversitet, mens værdier over 3 er høje. Ørkenområder er eksempler på ikke særlig forskellige økosystemer.
I modsætning hertil er tropiske skove og rev økosystemer med en ret høj biologisk mangfoldighed af arter.
Historisk perspektiv
Shannon-indekset blev foreslået af Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) med det formål at finde en foranstaltning, der kunne kvantificere entropi. Denne forsker var en matematiker og elektrisk ingeniør, oprindeligt fra USA.
Der er en vis forvirring med det faktiske navn på indekset. Det fulde navn er Shannon-Weiner-indekset. Imidlertid omtaler forfatterne ved mange lejligheder det som Shannon-Weaver-indekset.
Denne fejl opstod til dels, fordi Claude Shannon arbejdede i samarbejde med matematikeren Warren Weaver ved flere lejligheder.
Definition
Mangfoldighed er en af de vigtigste parametre, der bruges til at beskrive økosystemer.
Shannon-indekset er et indeks, der søger at måle artsdiversiteten under hensyntagen til deres ensartethed. Det er en anvendelse af informationsteori og er baseret på ideen om, at større mangfoldighed svarer til større usikkerhed ved tilfældigt valg af en bestemt art.
Med andre ord formulerer indekset ensartetheden af vigtighedsværdier på tværs af alle arter i prøven.
Det kan tage følgende minimums- og maksimumværdier: nul indikerer, at der kun er en art, mens logaritmen af S (det samlede antal arter i prøven) betyder, at alle arter er repræsenteret af det samme antal individer.
Antag, at vi har et hypotetisk økosystem med kun to arter. Lad os også tro, at de er i samme frekvens (de er ens). Usikkerheden er således 50%, da de to alternativer er lige mulige.
Identifikationen, der giver sikkerheden, er informationsenheden, kaldet "bit". Hvis vi for eksempel har fire ækvivalente arter, vil mangfoldigheden være to bit.
Formel
Matematisk beregner vi Shannon-indekset ved hjælp af følgende udtryk:
Ved udtrykket af indekset repræsenterer variablen pi den forholdsmæssige forekomst af arter i, beregnet som artenes tørvægt, divideret igen med den totale tørvægt i prøven.
På denne måde kvantificerer indekset usikkerheden i forudsigelsen af identiteten af arten af et individ, der er trukket tilfældigt fra en prøve.
Endvidere kan basen af logaritmen, der bruges i udtrykket, frit vælges af forskeren. Shannon diskuterede selv logaritmer i base 2, 10 og e, hvor hver svarede til forskellige måleenheder.
Enhederne er således binære cifre eller bit, decimalcifre og naturlige cifre for henholdsvis basis 2, 10 og e.
Fordel
Shannon-indekset er et af de mest anvendte i økologisk forskning, da dets anvendelse har visse fordele sammenlignet med de andre diversitetsindekser, der er relativt populære.
For det første påvirkes indekset ikke væsentligt af størrelsen på prøven. Flere undersøgelser har forsøgt at finde virkningen af prøvestørrelsen og har konkluderet, at prøvestørrelsen faktisk har en meget lille virkning på målingerne af artenes diversitet.
For det andet fører anvendelsen af indekset til indfangning af en stor mængde information i kun et matematisk udtryk. Dette er en meget nyttig funktion, hvis du vil kommunikere en betydelig mængde information til et bredt publikum.
Desuden er det at sætte et indeks "i kontekst" afgørende for dets fortolkning. Den første del er at genkende de maksimale og minimale værdier, den returnerer. I Shannon-indekset er det let at se, at maksimum svarer til Log S, hvor S er formue og minimum er 0.
ensartethed
Shannon-indekset er baseret på et meget relevant begreb inden for økologi: ensartethed. Denne parameter henviser til den grad, i hvilken arten er repræsenteret i hele prøven.
Ekstreme inkluderer en enkelt dominerende art og andre arter, der er til stede i meget lave antal (ensartethedsværdier tæt på 0), for alle arter repræsenteret ved lige antal (ensartethedsværdier tæt på 1).
Ensartethed spiller en grundlæggende rolle i den økologiske analyse af mangfoldighed. I mere ensartede samfund bliver Shannon-indekset for eksempel mere følsomt overfor rigdom.
Anvendelsesområde
Mangfoldighedsindekser bruges i vid udstrækning til overvågning med hensyn til økologi og bevarelse af truede arter.
Artsdiversitetsindeks har det særlige ved at opsummere en stor og vigtig mængde data, der kan bruges til at udlede populationsegenskaber.
Dette indeks er blevet brugt til at undersøge de forskellige effekter af forstyrrelser og stress på mangfoldigheden af samfund, både dyr og planter, da det giver komplekse oplysninger baseret på antallet af arter og ensartethed.
Endelig har forbindelsen mellem økosystemernes mangfoldighed og deres modstandsdygtighed været genstand for bred debat. Nogle undersøgelser har været i stand til at bekræfte denne tilgang.
Referencer
- Gliessman, SR (2002). Agroøkologi: økologiske processer i bæredygtigt landbrug. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Silvopastoral systemer etableret med Pinus radiata D. Don og Betula alba L. i Galicien. Santiago de Compostela Universitet.
- Jorgensen, SE (2008). Encyclopedia of ecology, redigeret af Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Udvikling af metrics for ligestilling, mangfoldighed og konkurrence: Nye foranstaltninger til skoler og universiteter. Routledge.
- Pal, R., & Choudhury, AK (2014). En introduktion til fytoplanktoner: mangfoldighed og økologi. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiversitet: Inferens baseret på Shannon-indekset og formuen. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Karakteriserende samfund. Viden om naturundervisning 3 (10): 39