Hvad er Shannon-indekset, og hvad er det til?

1073
Basil Manning

Det Shannon-indeks, også kendt i litteraturen som Shannon-Weaver, bruges den til at kvantificere specifik biodiversitet. Symbolet H 'bruges til at repræsentere det, og dets værdier varierer 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, der er for hver af arterne. Det vil sige, det overvejer artenes rigdom og overflod.

Kilde: Pixabay.com

Da formlen, der er involveret i beregningen, involverer en logaritme, er der ingen maksimumsværdi for indekset. Minimumsværdien er dog 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 større end 3 er høje. Ørkenregioner er eksempler på ikke meget forskellige økosystemer.

Tropiske skove og rev er derimod økosystemer med en ret høj biodiversitet af arter.

Artikelindeks

  • 1 Historisk perspektiv
  • 2 Definition
  • 3 Formel
  • 4 Fordele
  • 5 Ensartethed
  • 6 Anvendelighed
  • 7 Referencer

Historisk perspektiv

Shannon-indekset blev foreslået af Claude Elwood Shannon (1916-2001) med det formål at finde et mål, der kunne kvantificere entropi. Denne forsker var en matematiker og elektrotekniker, oprindeligt fra De Forenede Stater.

Der er en vis forvirring med det faktiske navn på indekset. Det fulde navn er Shannon-Weiner-indeks. Imidlertid henviser forfatterne ved mange lejligheder til det som Shannon-Weaver-indekset..

Denne fejl opstod delvis 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 mangfoldigheden af ​​arter i betragtning af deres ensartethed. Det er en anvendelse af informationsteori og er baseret på ideen om, at større mangfoldighed svarer til større usikkerhed ved tilfældig 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 angiver, at der kun er én art, mens logaritmen til S (samlet 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 har samme frekvens (de er ækvivalente). Usikkerheden er således 50%, da de to alternativer er lige mulige.

Identifikationen, der giver sikkerhed, er informationsenheden, kaldet "bit". Hvis vi for eksempel har fire ækvivalente arter, vil mangfoldigheden være to bits.

Formel

Matematisk beregner vi Shannon-indekset ved hjælp af følgende udtryk:

H ' = - Σ pi ln pi

I indeksudtrykket er variablen pi repræsenterer den proportionelle overflod af arten jeg, beregnet som artenes tørvægt divideret med den samlede tørvægt i prøven.

På denne måde kvantificerer indekset usikkerheden i forudsigelsen af ​​arten af ​​et individ, der er taget tilfældigt fra en prøve..

Desuden kan basen af ​​logaritmen, der bruges i udtrykket, vælges frit af forskeren. Shannon selv diskuterede logaritmer i base 2, 10 og og, hvor hver svarede til forskellige måleenheder.

Enhederne er således binære cifre eller bits, decimalcifre og naturlige cifre for basis 2, 10 og og, henholdsvis.

Fordel

Shannon-indekset er et af de mest anvendte inden for økologisk forskning, da dets anvendelse medfører visse fordele sammenlignet med de andre mangfoldighedsindekser, der er relativt populære..

For det første påvirkes indekset ikke signifikant af stikprøvestørrelsen. Forskellige undersøgelser har søgt at finde effekten af ​​stikprøvestørrelsen og har konkluderet, at prøvestørrelsen faktisk har en meget lille effekt på målingerne af artens mangfoldighed..

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 afgørende at sætte et indeks "i sammenhæng" for dets fortolkning. Den første del er at genkende de maksimale og minimale værdier, som den returnerer. I Shannon-indekset er det let at se, at det maksimale svarer til loggen S, hvor S er rigdom og minimumet er 0.

Ensartethed

Shannon-indekset er baseret på et meget relevant begreb inden for økologi: ensartethed. Denne parameter refererer til graden, i hvilken arten er repræsenteret i hele prøven..

Ekstremerne inkluderer en enkelt dominerende art og andre arter til stede i meget lave antal (ensartethedsværdier tæt på 0), til alle arter repræsenteret af lige antal (ensartethedsværdier tæt på 1).

Ensartethed spiller en grundlæggende rolle i den økologiske analyse af mangfoldighed. For eksempel bliver Shannon-indekset i mere ensartede samfund mere følsomt over for rigdom.

Anvendelighed

Mangfoldighedsindeks bruges i vid udstrækning fra overvågning set fra økologi og bevarelse af truede arter..

Artsdiversitetsindekser har det særlige 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 virkninger af forstyrrelser og stress på mangfoldigheden af ​​samfund, både hos dyr og planter, da det giver kompleks information baseret på antallet af arter og ensartethed..

Endelig har forbindelsen mellem mangfoldigheden af ​​økosystemer og deres modstandsdygtighed været genstand for bred debat. Nogle undersøgelser har været i stand til at bekræfte denne tilgang.

Referencer

  1. Gliessman, S. R. (2002). Agroøkologi: økologiske processer i bæredygtigt landbrug. CATIE.
  2. Núñez, E. F. (2008). Silvopastoral systemer etableret med Pinus radiata D. Don og Betula alba L. i Galicien. Santiago de Compostela Universitet.
  3. Jorgensen, S. E. (2008). Encyclopedia of ecology, redigeret af Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
  4. Kelly, A. (2016). Udvikling af målinger for egenkapital, mangfoldighed og konkurrence: Nye tiltag for skoler og universiteter. Routledge.
  5. Pal, R. og Choudhury, A. K. (2014). En introduktion til fytoplanktoner: mangfoldighed og økologi. Springer.
  6. Pla, L. (2006). Biodiversitet: slutning baseret på Shannon-indeks og velstand. Intercience31(8), 583-590.
  7. Pyron, M. (2010) Karakteriserende samfund. Naturundervisning Viden 3 (10): 39

Endnu ingen kommentarer