Co je Shannonův index a k čemu slouží?

996
Robert Johnston

The Shannonův index, v literatuře známý také jako Shannon-Weaver, se používá ke kvantifikaci specifické biodiverzity. Symbol H 'se používá k jeho reprezentaci a jeho hodnoty se pohybují mezi kladnými čísly, obvykle mezi 2, 3 a 4. V literatuře je tento index jedním z nejoblíbenějších pro měření biologické rozmanitosti.

Index bere v úvahu počet druhů, které existují ve vzorku, a relativní počet jedinců, které existují pro každý z druhů. To znamená, že uvažuje o bohatosti a hojnosti druhů.

Zdroj: Dreamstime.com

Protože vzorec zahrnutý do jeho výpočtu zahrnuje logaritmus, neexistuje pro index žádná maximální hodnota. Minimální hodnota je však nula, což naznačuje absenci diverzity - stav existující například v monokultuře, kde existuje pouze jeden druh..

Hodnoty menší než 2 jsou interpretovány jako ekosystémy s relativně nízkou druhovou rozmanitostí, zatímco hodnoty vyšší než 3 jsou vysoké. Pouštní oblasti jsou příklady nepříliš rozmanitých ekosystémů.

Naproti tomu tropické lesy a útesy jsou ekosystémy s poměrně vysokou biologickou rozmanitostí druhů.

Rejstřík článků

  • 1 Historická perspektiva
  • 2 Definice
  • 3 Vzorec
  • 4 Výhody
  • 5 Jednotnost
  • 6 Použitelnost
  • 7 Reference

Historická perspektiva

Shannonův index navrhl Claude Elwood Shannon (1916 - 2001) s cílem najít opatření, které by dokázalo kvantifikovat entropii. Tento výzkumný pracovník byl matematik a elektrotechnik, původem ze Spojených států.

Existuje skutečný zmatek se skutečným názvem indexu. Celé jméno je Shannon-Weinerův index. Při mnoha příležitostech jej však autoři označují jako Shannon-Weaverův index..

K této chybě došlo částečně proto, že Claude Shannon několikrát spolupracoval s matematikem Warrenem Weaverem.

Definice

Diverzita je jedním z nejdůležitějších parametrů používaných k popisu ekosystémů.

Shannonův index je index, který se snaží měřit rozmanitost druhů s ohledem na jejich uniformitu. Jedná se o aplikaci teorie informace 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 nabývat následujících minimálních a maximálních hodnot: nula označuje, že existuje pouze jeden druh, zatímco logaritmus S (celkový počet druhů ve vzorku) znamená, že všechny druhy jsou zastoupeny stejným počtem jedinců.

Předpokládejme, že máme hypotetický ekosystém pouze s dvěma druhy. Uvažujme také, že jsou na stejné frekvenci (jsou rovnocenné). Nejistota je tedy 50%, protože obě alternativy jsou stejně možné.

Identifikace, která dává jistotu, je jednotka informací, nazývaná „bit“. Pokud máme například čtyři rovnocenné druhy, diverzita bude dva bity.

Vzorec

Matematicky vypočítáme Shannonův index pomocí následujícího výrazu:

H ' = - Σ pi ln pi

Ve výrazu indexu proměnná pi představuje poměrnou hojnost druhu i, vypočteno jako suchá hmotnost druhu vydělená zase celkovou suchou hmotností ve vzorku.

Tímto způsobem index kvantifikuje nejistotu v predikci identity druhu jedince, která je náhodně odebrána ze vzorku..

Kromě toho si výzkumník může libovolně zvolit základ logaritmu použitého ve výrazu. Shannon sám diskutoval o logaritmech v základně 2, 10 a a, kde každý odpovídal různým měrným jednotkám.

Jednotkami jsou tedy binární číslice nebo bity, desítkové číslice a přirozené číslice pro základy 2, 10 a a, resp.

Výhoda

Shannonův index je jedním z nejpoužívanějších v ekologickém výzkumu, protože jeho aplikace přináší určité výhody ve srovnání s jinými indexy diverzity, které jsou relativně populární..

Zaprvé, index není významně ovlivněn velikostí vzorku. Různé studie hledaly vliv velikosti vzorku a dospěly k závěru, že velikost vzorku má ve skutečnosti velmi malý vliv na měření rozmanitosti druhů.

Zadruhé, použití indexu vede k zachycení velkého množství informací pouze v jednom matematickém výrazu. Toto je velmi užitečná funkce, pokud chcete sdělit značné množství informací širokému publiku..

Kromě toho je uvedení indexu „do kontextu“ zásadní pro jeho interpretaci. První částí je rozpoznat maximální a minimální hodnoty, které vrací. V Shannonově indexu je snadno vidět, že maximum odpovídá Logu S, kde S je bohatství a minimum je 0.

Jednotnost

Shannonův index je založen na velmi důležitém konceptu v ekologii: uniformitě. Tento parametr se týká míry, v jaké jsou druhy zastoupeny v celém vzorku..

Mezi extrémy patří jediný dominantní druh a další druhy přítomné ve velmi nízkých počtech (hodnoty uniformity blízké 0), ke všem druhům představovaným stejným počtem (hodnoty uniformity blízké 1).

Rovnoměrnost hraje zásadní roli v ekologické analýze rozmanitosti. Například v jednotnějších komunitách se index Shannon stává citlivějším na bohatství.

Použitelnost

Indexy rozmanitosti jsou široce používány při monitorování z hlediska ekologie a ochrany ohrožených druhů..

Indexy druhové rozmanitosti mají tu zvláštnost, že shrnují velké a důležité množství údajů, které lze použít k odvození charakteristik populace..

Tento index byl použit ke studiu různých účinků narušení a stresu na rozmanitost společenstev zvířat i rostlin, protože poskytuje komplexní informace založené na počtu druhů a uniformitě..

A konečně, souvislost mezi rozmanitostí ekosystémů a jejich odolností byla předmětem široké diskuse. Některé studie dokázaly tento přístup potvrdit.

Reference

  1. Gliessman, S. R. (2002). Agroekologie: ekologické procesy v udržitelném zemědělství. CATIE.
  2. Núñez, E. F. (2008). Silvopastorální systémy zavedené s Pinus radiata D. Don a Betula alba L. v Galicii. Univerzita v Santiagu de Compostela.
  3. Jorgensen, S.E. (2008). Encyklopedie ekologie, editoval Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
  4. Kelly, A. (2016). Rozvoj metrik pro rovnost, rozmanitost a hospodářskou soutěž: nová opatření pro školy a univerzity. Routledge.
  5. Pal, R. a Choudhury, A. K. (2014). Úvod do fytoplanktonů: rozmanitost a ekologie. Springer.
  6. Pla, L. (2006). Biodiverzita: Závěr založený na Shannonově indexu a bohatství. Mezivědou31(8), 583-590.
  7. Pyron, M. (2010) Charakterizující komunity. Znalosti o přírodních vědách 3 (10): 39

Zatím žádné komentáře