Індекс біорізноманіття - Морфологічні ознаки рослин

Біорізноманіття в останнє десятиліття стає одним із найпоширеніших понять у науковій літературі, природоохоронному русі та міжнародних зв'язках. Наукові дослідження довели, що необхідною умовою нормального функціонування екосистем та біосфери загалом є достатній рівень природної різноманітності на нашій планеті.

Нині біологічне розмаїття сприймається як основний параметр, характеризує стан надорганізмних систем. У ряді країн саме характеристика біологічного розмаїття виступає як основа екологічної політики держави, яка прагне зберегти свої біологічні ресурси, щоб забезпечити сталий економічний розвиток.

Наразі запропоновано понад 40 індексів, які призначені для оцінки біорізноманіття. Індекси, які застосовуються в аналізі різноманітності спільнот, повинні задовольняти такі вимоги:

1) різноманітність співтовариства тим вища, що більше у ньому кількість видів;
2) різноманітність співтовариства тим вища, що вища його вирівняність.

Більшість відмінностей між індексами, що вимірюють біорізноманіття, полягає в тому, яке значення вони надають вирівняності та видовому багатству.

Важливою мірою оцінки різноманітності для обмеженого у просторі та в часі спільноти, для якого точно відома кількість складових його видів та особин, є видове багатство. Однак у більшості випадків дослідник має справу з вибіркою, не маючи повного списку видів спільноти. І тут необхідно використовувати «нумеричне видове багатство», т. е. число видів на суворо обумовлене число особин чи певну біомасу, і видову щільність.

Видова щільність(Наприклад, на 1 кв.м) - найбільш поширений показник видового багатства, особливо серед ботаніків і ґрунтових зоологів. Показник «нумеричне видове багатство» використовується рідше, хоча популярніше його застосування щодо водних об'єктів. Наприклад, для дослідження екологічних впливів на спільноти риб можна використовувати показник число видів на 1000 риб.

Не завжди можна досягти рівного розміру всіх вибірок. Але слід пам'ятати, що зі збільшенням обсягу вибірки число видів завжди зростає.

Індекс Шеннона – Уівера. Макартур та Маргалеф вперше застосували для оцінки до дослідження видової стійкості та різноманітності співтовариства теорію інформації. Теорія інформації ґрунтується на вивченні ймовірності настання ланцюга подій. Результат виявляється у одиницях невизначеності, чи інформації. Шеннон 1949 року вивів функцію, яка стала називатися індексом різноманітності Шеннона. Розрахунки індексу різноманітності Шеннона припускають, що особини потрапляють у вибірку випадково з «невизначено великої» (тобто практично нескінченної сукупності) генеральної сукупності, причому у вибірці представлені всі види генеральної сукупності. Невизначеність буде максимальною, коли всі події (N) матимуть однакову ймовірність наступу (pi = ni/N). Вона зменшується у міру того, як частота деяких подій зростає в порівнянні з іншими, аж до досягнення мінімального значення (нуля), коли залишається одна подія і є впевненість у її настанні.

Індекс Шеннона розраховується за такою формулою:

де величина pi – частка особин i-го виду.

У вибірці справжнє значення pi невідоме, але оцінюється як ni/N.

Причини помилок в оцінці різноманітності з використанням цього індексу полягають у тому, щонеможливо включити у вибірку всі види реальної спільноти.

При розрахунку індексу Шеннона часто використовується двійковий логарифм, але прийнятно також використовувати інші підстави логарифму (десятковий, натуральний)

Індекс Шеннона зазвичай варіює в межах від 1,5 до 3,5, дуже рідко перевищуючи 4,5.

Дисперсію індексу Шеннона (VarH') розраховують за такою формулою:

Якщо значення індексу Шеннона розрахувати для кількох вибірок, отриманий розподіл величин підпорядковується нормальному закону. Ця властивість дозволяє застосовувати потужну параметричну статистику, включаючи дисперсійний аналіз. Застосування порівняльних параметричного та дисперсійного аналізу корисно при оцінці різноманітності різних місцеперебування, коли є повторності.

Для перевірки значущості відмінностей між вибірковими сукупностями значень індексу Шеннона Хатчесон запропонував використовувати параметричний критерій Стьюдента:

Число ступенів свободи визначається за рівнянням:

де N1 і N2 - загальна кількість видів у двох вибірках.

На основі індексу Шеннона можна обчислити показник вирівняності Е (відношення розмаїття, що спостерігається, до максимального):

E €[0,1], причому E = 1 при рівній різноманітності всіх видів.

Індекс Шеннона виявився найпопулярнішим в оцінці даних щодо різноманітності і застосовується найчастіше.