Rozmanitost druhů - Species diversity

Druhová rozmanitost je počet různých druhů, které jsou zastoupeny v daném společenství (datový soubor). Efektivní počet druhů se týká počtu stejně hojných druhů potřebných k získání stejného průměrného množství proporcionálních druhů, jaké bylo pozorováno v zájmovém souboru dat (kde všechny druhy nemusí být stejně hojné). Významy druhové rozmanitosti mohou zahrnovat druhovou bohatost , taxonomickou nebo fylogenetickou rozmanitost a/nebo druhovou rovnoměrnost . Druhová bohatost je jednoduchý počet druhů. Taxonomická nebo fylogenetická rozmanitost je genetický vztah mezi různými skupinami druhů. Rovnoměrnost druhů kvantifikuje, jak stejné jsou početnosti druhů.

Výpočet rozmanitosti

Druhovou rozmanitost v datové sadě lze vypočítat tak, že nejprve vezmete vážený průměr druhově proporcionálních četností v datové sadě a poté převrátíte toto. Rovnice je:

${\ Displaystyle {}^{q} \! D = {1 \ over {\ sqrt [{q-1}] {\ sum _ {i = 1}^{S} p_ {i} p_ {i}^{ q-1}}}}}$

Jmenovatel rovná střední proporcionální četnost druhů v souboru údajů, jak je vypočítán s váženým generalizované průměrná s exponentem q - 1. V rovnici, S je celkový počet druhů (druhová bohatost) v datovém souboru, a proporcionální hojnost i th druh je . Jako váhy se používají proporcionální hojnosti. Rovnice je často psána v ekvivalentní formě: ${\ displaystyle p_ {i}}$

${\ Displaystyle {}^{q} \! D = \ left ({\ sum _ {i = 1}^{S} p_ {i}^{q}} \ right)^{1/(1-q) }}$

Hodnota q určuje, který průměr je použit. q = 0 odpovídá vážený harmonický průměr , který je 1 / S , protože hodnoty vyruší, s tím, že ⁰ D se rovná počtu druhů nebo druhů, bohatost, S . q = 1 není definováno, kromě toho, že limit, jak se q blíží 1, je dobře definován: ${\ displaystyle p_ {i}}$

${\ Displaystyle \ lim _ {q \ rightarrow 1} {}^{q} \! D = \ exp \ left (-\ sum _ {i = 1}^{S} p_ {i} \ ln p_ {i} \že jo),}$

což je exponenciál Shannonovy entropie .

q = 2 odpovídá aritmetickému průměru . Jak se q blíží nekonečnu , zobecněný průměr se blíží maximální hodnotě. V praxi q upravuje vážení druhů tak, že zvýšení q zvyšuje hmotnost danou nejhojnějším druhům, a proto je k dosažení průměrné proporcionální četnosti zapotřebí méně stejně hojných druhů. V důsledku toho vedou velké hodnoty q k menší druhové diverzitě než malé hodnoty q pro stejný soubor dat. Pokud jsou všechny druhy v datové sadě stejně hojné, změna hodnoty q nemá žádný účinek, ale druhová diverzita při jakékoli hodnotě q se rovná druhové bohatosti. ${\ displaystyle p_ {i}}$

Záporné hodnoty q se nepoužívají, protože pak by efektivní počet druhů (rozmanitost) překročil skutečný počet druhů (bohatost). Jak se q blíží zápornému nekonečnu, zobecněný průměr se blíží minimální hodnotě. V mnoha skutečných datových sadách je nejméně hojný druh zastoupen jediným jedincem a pak by se efektivní počet druhů rovnal počtu jedinců v datové sadě. ${\ displaystyle p_ {i}}$

Stejnou rovnici lze použít k výpočtu rozmanitosti ve vztahu k jakékoli klasifikaci, nejen k druhům. Pokud jsou jednotlivci zařazeni do rodů nebo funkčních typů, představuje to proporcionální početnost i. Rodu nebo funkčního typu a ^q D se rovná rodové diverzitě nebo diverzitě funkčního typu. ${\ displaystyle p_ {i}}$

Indexy rozmanitosti

Vědci často ke kvantifikaci druhové rozmanitosti použili hodnoty dané jedním nebo více indexy rozmanitosti. Mezi takové indexy patří druhová bohatost , Shannonův index , Simpsonův index a doplněk Simpsonova indexu (také známý jako Gini-Simpsonův index).

Při ekologickém výkladu každý z těchto indexů odpovídá jiné věci, a jejich hodnoty proto nejsou přímo srovnatelné. Druhová bohatost kvantifikuje skutečný spíše než efektivní počet druhů. Shannonův index se rovná log ( ¹ D ), tj. Q blížící se 1, a v praxi kvantifikuje nejistotu v druhové identitě jedince, která je náhodně odebrána z datové sady. Simpsonův index se rovná ^1/2 D , q = 2, a kvantifikuje pravděpodobnost, že dva jedinci náhodně odebraní z datové sady (s nahrazením prvního jedince před odebráním druhého) představují stejný druh. Gini -Simpsonův index se rovná 1 - ^1/2 D a kvantifikuje pravděpodobnost, že dva náhodně odebraní jedinci představují různé druhy.

Aspekty vzorkování

V závislosti na účelech kvantifikace druhové rozmanitosti lze soubor dat použitý pro výpočty získat různými způsoby. Ačkoli druhovou rozmanitost lze vypočítat pro jakýkoli soubor dat, kde byli jednotlivci identifikováni k druhům, smysluplné ekologické interpretace vyžadují, aby byl soubor dat vhodný pro dané otázky. V praxi je obvykle zájem o druhovou rozmanitost oblastí tak rozsáhlých, že ne všechny jedince v nich lze pozorovat a identifikovat podle druhů, ale je třeba získat vzorek příslušných jedinců. Extrapolace ze vzorku na příslušnou populaci, o kterou se jedná, není jednoduchá, protože druhová diverzita dostupného vzorku obecně podceňuje druhovou diverzitu v celé populaci. Aplikace různých metod odběru vzorků povede k tomu, že pro stejnou oblast zájmu budou pozorovány různé skupiny jedinců a druhová rozmanitost každé sady může být odlišná. Když je do datové sady přidán nový jedinec, může zavést druh, který ještě nebyl zastoupen. Jak moc to zvyšuje druhovou rozmanitost, závisí na hodnotě q : když q = 0, každý nový skutečný druh způsobí, že se druhová rozmanitost zvýší o jeden účinný druh, ale když q je velké, přidání vzácného druhu do datové sady má malý vliv na jeho druhová rozmanitost.

Obecně lze očekávat, že sady s mnoha jedinci budou mít vyšší druhovou rozmanitost než sady s menším počtem jedinců. Když jsou hodnoty druhové rozmanitosti porovnávány mezi soubory, je třeba snahy o odběr vzorků vhodným způsobem standardizovat, aby srovnání přinesla ekologicky smysluplné výsledky. Metody převzorkování lze použít k uvedení vzorků různých velikostí na společný základ. K odhadování reprezentativnosti dostupného vzorku populace, ze které byl odebrán, lze použít křivky zjišťování druhů a počet druhů reprezentovaných pouze jedním nebo několika jedinci.

Trendy

Pozorovaná druhová diverzita je ovlivněna nejen počtem jedinců, ale také heterogenitou vzorku. Pokud jsou jednotlivci pocházeni z různých podmínek prostředí (nebo různých stanovišť ), lze očekávat, že druhová diverzita výsledného souboru bude vyšší, než kdyby všichni jedinci pocházeli z podobného prostředí. Zvětšení vzorkované oblasti zvyšuje pozorovanou druhovou diverzitu jednak proto, že je do vzorku zařazeno více jedinců, jednak proto, že velké oblasti jsou z hlediska životního prostředí heterogennější než malé oblasti.

Viz také

Poznámky

externí odkazy

• Harrison, Iane; Laverty, Melina; Sterling, Eleanor. „Rozmanitost druhů“ . Připojení (cnx.org) . William and Flora Hewlett Foundation, Maxfield Foundation a Connexions Consortium . Vyvolány 1 February 2011 .(Licencováno pod licencí Creative Commons 1.0 Attribution Generic ).