Chỉ số đa dạng sinh học

đẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CHỈ SỐ ĐA DẠNG SINH HỌC CHỈ SỐ SHANNON Nhóm môn học: Võ Đoàn Trúc Dân 0617014 Lê Thị Thanh Phúc 0617059 Nguyễn Hào Quang 0617062 Trần Thị Thanh Thúy 0617080 Trần Thị Cẩm Tú 0617092 4/12/2009 Chỉ số đa dạng sinh học Chỉ số Shannon Chỉ số đa dạng sinh học Định nghĩa Một chỉ số đa dạng là một công thức đo lường sự đa dạng loài trong một quần xã. Những chỉ số đa dạng cung cấp nhiều thông tin về cấu trúc quần xã hơn là chỉ đơn giản là sự phong phú về loài (như là số loài có mặt), nắm giữ tương đối nhiều những loài khác nhau trong việc tính toán. Những chỉ số đa dạng cung cấp nhiều thông tin quan trọng về sự quý hiếm và tính chất chung của những loài trong một quần xã. Khả năng để xác định số lượng đa dạng trong cách này là một công cụ quan trọng cho các nhà sinh học đang cố gắng hiểu về cấu trúc quần xã. Các chỉ số đa dạng sinh học Các chỉ số dùng trong đánh giá đa dạng sinh học: đa dạng loài, log Alpha, log-Normal Lambda, chỉ số Simpson, McIntosh, Berger-Parker, chỉ số Shannon-Wiener, Brillouin… Trong đó, những cách tính thông thường nhất về đa dạng sinh học là đa dạng loài, chỉ số Simpson và chỉ số Shannon. Đa dạng loài (S): là tổng số sinh vật khác nhau hiện diện. Đây là cách tính đơn giản nhất về đa dạng sinh học. Tuy nhiên, cách tính này không xác định được mật độ phân bố hay tổ chức trong những loài cụ thể đó. Chỉ số Simpson (D): một cách tính cả độ phong phú và tỷ lệ (%) của mỗi loài là chỉ số đa dạng sinh học Simpson. Đây là công cụ hữu ích cho các nhà sinh thái về sinh vật trên cạn và sống trong nước trong nhiều năm và sẽ giúp chúng ta hiểu các dữ liệu số của sinh vật và kiểu sinh sống ở một môi trường cụ thể. Chỉ số Shannon Định nghĩa Chỉ số Shannon, đôi khi được gọi là chỉ số Shannon-Wiener hay chỉ số Shannon-Weaver, là một cách đo lường của các nhà sinh thái học khi hệ thống bao gồm nhiều cá thể mà mỗi cá thể được nhận dạng và kiểm định. Với một mẫu nhỏ, chỉ số này là tỷ số của số lượng của một loài với các giá trị của loài đó (như là sinh khối, hay sự sản xuất) trong quần xã hay chuỗi thức ăn. Cách tính này đến từ thuyết thông tin và tính toán sự sắp xếp (hay không sắp xếp) của một kỹ sư điện tử và nhà toán học người Mỹ Claude Shannon (30/4/1916 –24/2/2001) được biết tới là cha đẻ của thuyết thông tin. Chỉ số Shannon lần đầu tiên được đưa ra trong thuyết thông tin của Claude Shannon năm 1948. Trong nghiên cứu sinh thái học, sự sắp xếp này được đặc trưng bởi số lượng cá thể quan sát được của mỗi loài trong vùng mẫu. Các tên gọi khác của chỉ số Shannon là Shannon-Wiener hay Shannon-Weaver là cách gọi sai. Warren Weaver hay Nobert Wiener thường được coi là đồng tác giả với thuyết thông tin của Shannon. Tuy nhiên đây đều là những hiểu lầm. Tên đúng của chỉ số này là “chỉ số Shannon” ( Shannon index). Cách tính Các bước tính: Chia số cá thể N1 của loài số 1 cho tổng số cá thể của tất cả các loài. Đó là Pi. Tính ln(P1) hoặc log(P1) cơ số 2. Lặp lại bước đó cho tất cả những loài khác mà bạn có. Loài cuối cùng là loài thứ S. Tính tổng - (Pi * ln[Pi]) hoặc - (Pi * log[Pi]) với số loài là S, kết quả nhận được là giá trị H – chỉ số đa dạng Shannon. Công thức tính: hoặc H = chỉ số đa dạng Shannon. Pi = tỷ lệ của một loài i trên toàn bộ quần xã S = số loài đếm được ∑ = tổng từ loài 1 đến loài S Ví dụ: cách tính chỉ số H Loài chim Ni Pi ln Pi - (Pi * ln Pi) Chim bồ câu 96 0.96 -0.041 0.039 Chim cổ đỏ 1 0.01 -4.61 0.046 Chim sáo đá 1 0.01 -4.61 0.046 Quạ 1 0.01 -4.61 0.046 Chim sẻ 1 0.01 -4.61 0.046 Tổng 100 0.223 Chỉ số Shannon: H = 0.039 + 0.046 + 0.046 + 0.046 + 0.046 = 0.223 Chỉ số cân bằng Shannon Một cách đo khác của chỉ số Shannon có "S" số loài có trong mẫu thử, và E là mức ngang bằng cho các loài này.  Công thức tính E: E = H / Hmax E = H / ln (S) hoặc E= H / log(S) E luôn nằm trong khoảng 0 – 1. Nếu E = 1, các loài đều bìnhđẳng trong môi trường sống hiện tại.  Ví dụ Một ví dụ cụ thể: tính chỉ số Shannon trên 3 mẫu sinh vật. Mẫu I Loài  Số cá thể  Pi ln(pi) pi*ln(i) A 24 0.44 -0.81 -0.36 B 20 0.37 -0.99 -0.37 C 7 0.13 -2.04 -0.26 D 3 0.06 -2.89 -0.16 Tổng 54 1 H= 1.15 Mẫu II A 48 0.44 -0.81 -0.36 B 40 0.37 -0.99 -0.37 C 14 0.13 -2.04 -0.26 D 6 0.06 -2.89 -0.16 Tổng 108 1 H= 1.15 Mẫu III A 24 0.41 -0.88 -0.37 B 20 0.34 -1.06 -0.37 C 7 0.12 -2.11 -0.26 D 3 0.05 -2.96 -0.15 E 3 0.05 -2.96 -0.15 F 1 0.02 -4.06 -0.07 Tổng 58 1 H= 1.36 Nhận xét Có thể thấy rằng đối với bất kỳ số lượng cho các loài, có một giá trị tối đa có thể của H: H max = lnS xảy ra khi tất cả các loài đang tồn tại với số lượng bằng nhau. Chỉ số này không biến đổi theo kích thước mẫu, nhưng biến đổi với tỷ lệ các loài thêm vào mẫu đó. Có nhiều loài trong một quần xã, giá trị H sẽ cao. Quần xã A với chỉ một loài sẽ có một giá trị H = 0 vì Pi sẽ bằng 1 và khi được nhân với ln Pi (ln Pi = 0). Nếu các loài phân bổ ngang bằng nhau, giá trị H sẽ cao. Vì vậy từ giá trị H được không chỉ biết số loài mà còn biết được sự giàu có của loài được phân bổ trong số tất cả những loài trong quần xã. Như vậy, giá trị H cao là sự kết hợp của sự đa dạng về loài và sự cân bằng số lượng giữa các loài. Ứng dụng chí số Shannon Chỉ số Shannon được sử dụng để so sánh sự đa dạng giữa các mẫu môi trường sống; so sánh giữa hai môi trường sống khác nhau; hoặc so sánh trong một môi trường sống theo thời gian để thấy sự thay đổi đa dạng sinh học.  Chỉ số Shannon chỉ ra mức độ ô nhiễm trong môi trường thủy vực: H<1 rất nhiễm bẩn (polysaprobic) H 1 – 2 nhiễm bẩn vừa mức α (α mesosaprobic) H 2 - 3 nhiễm bẩn vừa mức β (β mesosaprobic) H 3 - 4.5 nhiễm bẩn nhẹ (oligosaprobic) Tài liệu tham khảo Quản lý chất lượng môi trường, Nguyễn Thị Vân Hà, Nhà xuất bản ĐH quốc gia, 2007 Tài liệu internet A new phylogenetic diversity measure generalizing the Shannon index and its application to Phyllostomid Bats, Benjamin Allen et al., 2009 Choosing between diversity indices, James A. Danoff-Burg, Department of Ecology, Evolution & Environmental Biology, Columbia University, 2003.