Định lượng trong nghiên cứu Đa dạng sinh học

Định lượng trong nghiên cứu Đa dạng sinh học Cáùc chỉ sốá đa dạïng sinh họïc „ Mứùc độä phong phúù củûa loàøi (richness) kýù hiệäu làø S: làø tổång sốá loàøi hiệän diệän. – Phụï thuộäc kích cởû mẫu ã đo đếám „ N : tổång sốá loàøi „ Dùøng chỉ sốá (Margalef) đểå chỉ mứùc độä phong phúù d = (S-1)/logN „ Tính đồàng nhấát (Eveneness) thểå hiệän cáùc cáù thểå phân bô áá như thếá nàøo trong cáùc loàøi Chỉ sốá (Pielou’s evenness) J J = H’(quan sát)/H’max Cáùc chỉ sốá đa dạïng sinh họïc „ Chỉ sốá Shannon: Chúù ýù sửû dụïng cùøng loạïi logarit đểå so sáùnh. „ Chỉ sốá Simpson (1-Lambda) ĐDSH phân loại Nhiều hơn số lồi Lồi phong phú + Tương đồng Số Lồi Ưu thế Lơ 1 Lơ 2 Lồi A 10 91 Lồi B 10 1 Lồi C 10 1 Lồi D 10 1 Lồi E 10 1 Lồi F 10 1 Lồi G 10 1 Lồi H 10 1 Lồi I 10 1 Lồi J 10 1 Tổng số n 100 100 ĐDSH là gì? Mẫu 1 Mẫu 2 Phong phú Lồi bằng nhau – ĐDSH khác nhau ĐDSH là gì? 1. Lý thuyết cân bằng cạnh tranh Rối loạn làm giảm đa dạng Quần xã khơng bị rối loạn (Cả thời gian tiến hố và sinh thái) Các Lồi tạo nên ổ sinh thái cho nhiều lồi chiếm cứ Rối loạn Đa dạng Gỉa thuyết thời gian ổn định Đường cong ĐD ĐDSH với rối loạn 2. Lý thuyết khơng cân bằng Cạnh tranh Giảm đa dạng Cạnh tranh buộc phải loại một số lồi ra khỏi quần xã Rối loạn ngẫu nhiên ngăn cản sự lồi trừ do cạnh tranh Đa dạng Rối loạn gia tăng ở một điểm nào đĩ: Rối loạn sẽ loại lồi nào đĩ ra khỏi quần xã Đa dạng ĐDSH với rối loạn 2A. Lý thuyết rối loạn trung gian Rối loạn Đa dạng ĐDSH với rối loạn Mức độ sinh trưởng của quần thể R ối loạn Đa dạng thấp Đa dạng thấp ĐD cao Đa dạng khơng cĩ quan hệ đường thẳng với rối loạn ĐDSH với rối loạn Các Chỉ số ĐDSH Ỉ Ước tính số lượng của biến động ĐDSH cĩ thể dùng để so sánh các thực thể sinh học, Bao gồm các thành phần riên lẽ, theo khơng gian và thời gian Các thực thể là vốn gen, các quần xã hay các cảnh quan, Gồm các gen, lồi, hay nơi cư trú Đo đếm đơn giản nhất của một quần xã là: Xem xét mức độ phong phú và giàu cĩ của lồi BioDiversity Pro 1. Alpha diversity: - Abundance Plot: K-Dominance, Rank - Abundance Model: Log-Series, Broken Stick - Rarefaction - Diversity Indices: Shannon, Alpha, Caswell, Berger-Parker, Simpson, Hill, Margalef, McIntosh 2. Beta diversity: SHE Analysis, Species Richness, Chao 1 & 2, Jackknife, Species Distribution - Multivariate: Principal Components, Correspondence Analysis, Cluster Analysis, Non- Metric MDS (not yet implemented) - Comparison: Descriptive Statistics, Kulczynski, Mann-Whitney, Rank Correlation, Correlation, Variance-Covariance, ANOSIM Các chỉ số Hill N0 = Tổng số lồi N0 xem xét tất cả các lồi phụ thuộc tỉ lệ phong phú của nĩ N1 = exp (H’) H’= Chỉ số Shannon-Wiener diversity index plnp' i n 1i iH ∑ = −= i i t Np N = N2= 1/D p n 1i 2 iD ∑ = =D = Chỉ số Simpson N∞ = 1/Berger-Parker Chỉ số = 1/p1 = 1/ Tỉ lệ phong phú của lồi chung nhất = Chỉ số ưu thế Các chỉ số Hill Kích thước mẫu phụ thuộc vào nhiều chỉ số ĐDSH Soetaert et al 1990 Đường congK-dominance 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 species rank % c u m u l a t i v e a b u n d a n c e Series1 Series2 Series3 Series4 Đa dạng sinh học cao nhất Kích thước mẫu phụ thuộc vào các chỉ số ĐDSH 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 N identified N0 N1 N2 N∞ Hill indices 0 10 20 30 40 50 60 20 40 60 80 100 copepod species rank % c u m u l a t i v e a b u n d a n c e 100 200 300 400 500 N identified K-dominance curve N0 phụ thuộc vào kích thước mẫu 1 mẫu cho 1 quần xã đồng nhất alpha Đa dạng trong nơi cưu trú Điều tra đa dạng Thay đổi theo biên độ mơi trường hay trong các quần xã trong một cảnh quan beta Đa dạng giữa các nơi cư trú Đa dạng khác nhau - Đa dạng của 1 đơn vị lớn như một đảo, cảnh quan - Lồi thay đổi trong các kiểu cư trú trên một vùng địa lý rộng gamma Đa dạng cảnh quan Mức độ khơng gian của ĐDSH Chỉ số gamma : Tổng ĐDSH trong một vùng lớn (Whittaker, 1972) Chỉ số gamma = Chỉ số alpha x Chỉ số beta Chỉ số alpha : local Chỉ số ở một nơi ( Số Lồi) Chỉ số beta : Số lượng lồi giữa các nơi cư trú hay các địa phương (Khơng cĩ kích thước) Chỉ số gamma = Sự khác nhau giữa các bộ phận riêng rẽ sẽ gĩp phần về: 1. Tính chất lồi 2. Vùng khơng đồng nhất (số lượng các nơi cư trú) x Chỉ số beta (1/trung bình số nơi cư trú hay địa phương do một lồi chiếm cứ x kích thước mẫu (tổng số các nơi cư trú hay địa phương) Chỉ số alpha (Số lồi ở một địa phương hay nơi cư trú) Tính chỉ số gamma như thế nào? 9 nơi cư trú ở Đồng Nai, 108 Lồi chim Chỉ số trung bình cho một nơi cư trú = 28.2 Lồi Chỉ số beta trung bình trong lồi = 0.43/nơi cư trú Vì vậy 108 Lồi = 28.2 Lồi x 0.43/nơi cư trú x 9 nơi cư trú 9 nơi cư trú giống nhau trên một quần đảo St.Kitts (N. Lesser Antilles) 20 Lồi = 11.9 Lồi x 0.19/nơi cư trú x 9 nơi cư trú Cox & Ricklefs (1977) Mẫu A: 17 Lồi Mẫu B: 3 Lồi San hơ Cát Chỉ số alpha Đa dạng trong nơi cư trú Các kiểu Các kiểu ĐDSH trong khơng gian Chỉ số beta Đa dạng giữa các nơi cư trú Các yếu tố cấu trúc Nghèo dinh dưỡng Nơi cư trú phức tạp cao Nghèo dinh dưỡng Nơi cư trú phức tạp thấp Chỉ số alpha Đa dạng trong nơi cư trú Chỉ số beta Đa dạng giữa các nơi cư trú Chỉ số gamma Đa dạng cảnh quan Các kiểu Các yếu tố cấu trúc Quan hệ song song Các kiểu ĐDSH trong khơng gian Kenya Indian Ocean San hơ Mexico Caribbean Sea San hơ So sánh tính phức tạp của nơi cư trú? So sánh tính đa dạng? Đa dạng sinh học „ Đa dạng gen „ Mức độ đa dạng của rừng (α) „ Đa dạng cảnh quan địa phương (β) „ Đa dạng vùng (γ) Cấu trúc Phong phú lồi Tương đồng Các mục tiêu „ Phân loại cấu trúc đứng „ Đo đếm đa dạng cấu trúc lâm phần Cấu trúc rừng „ Sắp xếp các cây trong khơng gian theo: – Chiều đứng – Chiều ngang Đa dạng cấu trúc cây rừng - Biến động theo chiều đứng và chiều ngang của các cây trong một khu rừng Tại sao cấu trúc rừng đa dạng? „ Sinh thái – Đo đếm ĐDSH – Nơi cư trú hoang dã – Quá trình của hệ sinh thái (e.g., năng suất) „ Xã hội – Chất lượng cĩ thể thấy „ Nền tảng của cấu trúc việc quản lý Cấu trúc đứng Single-storied/ normal Multi-storied/ irregular Multi-storied/ inverse J Two-storied/ bimodal Smith et al. 1997 Frequency (stems/ha) Đo đếm cấu trúc đứng „ Chỉ số Shannon-Weiner (H´) „ Phương sai kích cở của cây (S2) Chỉ số Shannon-Weiner (H´) i n i i pp∑ = −= 1 ln 0.33 0.69 H’ Stand A Stand B P1 P2 0.9 0.1 0.5 0.5 Ví dụ Stand C 0.33 0.33 0.34 P3 1.10 Shannon-Weiner index (H´) i n i i pp∑ = −= 1 ln DBH Proportion (Freq.) DBH Proportion (BA) Frequency (stems/ha) Phương sai kích cở của cây 1 )( 1 2 2 − − = ∑ = n xx n i i S x DBH Tần số Frequency (stems/ha) Cấu trúc ngang Ngẫu nhiên Đám Cách đều Khu rừng 1 Khu rừng 2 Khu rừng 3 Ngẫu nhiên Đám Cách đều Đo đếm cấu trúc ngang Clark and Evans’ test (C) se obs D DD C exp −= Dse Sai tiêu chuẩn mẫu của khoảng cách Dobs khoảng cách quan sát Dexp khoảng cách mong đợi nd D n i i obs ∑ == 1 = (1.5+1.8+1.5+,,,)/15 = 1.493 m Khoảng cách trung bình quan sát Khoảng cách trung bình mong đợi Phân bố ngẫu nhiên (Poisson) An D /2 1 exp = Sai tiêu chuẩn mẫu n ADse 07.0= 291.1 100/152 1 == m 176.0 15 10007.0 =×= m Clark and Evans’ test se obs D DD C exp −= 147.1 176.0 291.1493.1 =−= Đám Ngẫu nhiên Cách đều 0-1.96 1.96 C Tĩm tắt „ Quan điểm „ Phân loại cấu trúc rừng – Chiều đứng – Chiều ngang „ Đo đếm đa dạng cấu trúc – Chiều đứng „ Chỉ số Shannon-Weiner „ Phương sai kích cở của cây – Chiều ngang: Kiểm tra chỉ số Clark & Evans