Ý nghĩa các chỉ số trong đa dạng sinh học

Ý nghĩa các chỉ số trong đa dạng sinh học TS. Viên Ngọc Nam Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh Ý nghĩa „ Nhiều chỉ số đa dạng khác nhau để đánh giá hiện trạng đa dạng sinh học và quan trắc biến động quần xã, so sánh, đối chiếu tính đa dạng theo thời gian và không gian dựa trên các mẫu thu ngẫu nhiên từ quần xã. „ Các chỉ số đa dạng này phụ thuộc vào hai khuynh hướng khác nhau: „ Phân bố thống kê về mật độ tương đối của các loài và sử dụng lý thuyết thông tin để phân tích tổ chức bậc quần xã. Những chỉ số thường được sử dụng là chỉ số đa dạng Fisher và chỉ số phong phú Margalef (thuộc phân bố thống kê); „ Chỉ số Shannon-Weiner và chỉ số Simpson (thuộc lý thuyết thông tin). Chỉ số đa dạng sinh học (Biodiversity Index) „ Nhiều chỉ số nên thường khó khăn trong việc chọn phương pháp và chỉ số nào là tốt nhất để tính toán ĐDSH „ Cách tốt nhất là phải thử nghiệm với những con số mà chúng ta đo đếm „ Tốt nhất là chọn những chỉ số nào được cho là căn bản với đầy đủ chức năng tiêu chí và khả năng nào đó để hiểu biết giữa các nơi, phụ thuộc vào kích cở mẫu, thành phần nào trong DDSH được đo đếm, chỉ số nào được sử dụng rộng rãi và hiểu rõ. Các tính chất của quần x㠄 Làm thế nào để so sánh các quần xã? „ Chúng ta so sánh bằng cách liệt kê các tính chất phổ biến „ Như thế những tính chất nào của quần xã có được? Các tính chất nào nỗi bật? „ Chúng ta muốn vài tính chất tìm thấy trong các quần xã. „ Thành phần của quần x㠄 Chúng ta không thể chỉ lên danh sách các loài. Bởi vì sau đó chúng ta chỉ có thể so sánh các quần xã với vài loài phổ biến. „ Tuy vậy, tất cả các quần xã sẽ có các loài, mặc dầu số lượng và mức độ phong phú thì biến động. „ Đa dạng loài là đo đếm số lượng (richness) và phong phú (với ý nghĩa số lượng cá thể/loài) của loài trong một quần x㠄 Độ tương đồng „ Các động thái của quần x㠄 Đa dạng của quần xã thay đổi như thế nào qua thời gian? „ Vài quần xã có đa dạng lớn, vài quần xã ổn định (ít thay đổi) „ Quần xã ổn định là đo mức độ thay đổi trong quần xã phản ứng lại với vài xáo trộn Đo đếm sự đa dạng „ Alpha diversity (α-diversity) là đa dạng sinh học trong một vùng nào đó, quần xã hay hệ sinh thái, đo đếm số taxa trong một hệ sinh thái thường là loài. „ Beta diversity – đa dạng loài giữa các hệ sinh thái, so sánh số taxa mà nó độc đáo đối với từng hệ sinh thái „ Gamma diversity – đa dạng về mặt phân loại của một vùng với vài hệ sinh thái „ Global diversity – ĐDSH trên trái đất. Chỉ số giàu có của loài (Species richness) Chỉ số giàu có (S) của loài là số loài có trong một hệ sinh thái. Chỉ số này không sử dụng độ phong phú tương đối. „ Độ giàu có (Richness) là đo đếm số loài sinh vật khác nhau mà hiện diện trong vùng nào đó Ký hiệu S (Species) Chỉ số đa dạng sinh học của Fisher „ Một đặc điểm rất đặc trưng của quần xã là chúng có tương đối ít loài phổ biến nhưng lại gồm một số lượng khá lớn các loài hiếm. Trên cơ sở phân tích một khối lượng lớn các số liệu về số lượng loài và số lượng cá thể ở các quần xã khác nhau, Fisher cho thấy rằng các số liệu loại này phù hợp tốt nhất bởi chuỗi logarit Trong đó : S : Tổng số loài trong mẫu. N : Tổng số lượng cá thể trong mẫu α : Chỉ số đa dạng loài trong quần x㠄 α thấp khi đa dạng loài thấp và ngược lại; chỉ số α không phụ thuộc vào kích thước mẫu. „ Các nhà sinh thái học cho rằng, có thể sử dụng chỉ số α để so sánh sự đa dạng ở các khu vực và thời gian khác nhau. Chỉ số α chỉ phụ thuộc vào số loài và số lượng cá thể có trong mẫu. ln(1 )NS α α= + Độ tương đồng (Evenness) „ Độ tương đồng (Evenness) so sánh sự giống nhau của kích thước quần thể của loài hiện diện, là đo đếm độ phong phú tương đối của các loài khác nhau tạo nên độ giàu có của một vùng „ E biến động 0 ≤ E ≤ 1, khi E = 1 đồng đều cao nhất „ Một quần xã mà có 1 hoặc 2 loài ưu thế thì được xem như là kém đa dạng hơn một quần xã khác mà vài loài có độ phong phú giống nhau 10001000Tổng 931365Buttercup 49335Dandelion 20300Daisy Mẫu 2Mẫu 1Loài hoa Số cá thể Species richness & Evenness Khi độ giàu có của loài và tương đồng cao thì mức độ đa dạng tăng S= 3 N = 1.000 „ Trường hợp (a) mức bình quân là tối thiểu, tính ưu thế là tối đa, có loài ưu thế, „ Trường hợp (b) mức bình quân là tối đa, không có loài ưu thế. „ Sự biến động của các loài trong quần thể càng ít thì E càng cao „ Các chỉ số ưu thế, hầu hết các loài thông thường có đóng góp lớn và khi thêm vài loài hiếm sẽ không tăng giá trị các chỉ số 10101010101010101010B 11111111191A jihgfedcbaQXã/Loài Chỉ số Margalef „ Chỉ số này được sử dụng để xác định tính đa dạng hay độ phong phú về loài. „ haysd N = 1 lg sd N −= Trong đó : d : chỉ số đa dạng Margalef S : tổng số loài trong mẫu N : tổng số lượng cá thể trong mẫu. Chỉ số Simpson (Simpson Index) „ Cho biết khả năng của hai cá thể bất kỳ một cách ngẫu nhiên trong một quần xã lớn vô hạn thuộc các loài khác nhau. „ Chỉ số Simpson D (Simpson Index) với 0 ≤ D ≤ 1, D càng nhỏ thì đa dạng sinh học càng cao. „ Chỉ số đa dạng Simpson (Simpson Biodiversity Index) thường được thể hiện là 1 - D, với 0 ≤ D ≤ 1 D lớn thì ĐDSH lớn „ Chỉ số đa dạng Simpson nghịch đảo hay 1/D Giá trị tối đa chính là số loài có trong mẫu Chỉ số Simpson sử dụng thông tin từng loài, không giống chỉ số Berger Parker và như thế nó chính xác hơn nhưng rất khó thay đổi khi thêm vài vài loài hiếm trong mẫu. hay Chỉ số Simpson (Simpson Index) 6415Tổng (N) 63Khế 01Na 01Ổi 568Xoài 22Cóc n(n-1)Số cá thể (n)Loài Simpson's Index D= 64/15(14) = 64/210 = 0.3 Simpson's Index of Diversity 1 - D = 0.7 Simpson's Reciprocal Index 1 / D = 3.3 Chỉ số Simpson (Simpson Index) „ Các chỉ số Simpson thể hiện mức độ loài phong phú nhất trong mẫu, trong khi đó thì ít nhạy cảm với độ giàu có của loài. „ Khi số loài gia tăng trên 10 thì chú ý đến những loài có phân bố phong phú về loài thì có giá trị trong việc xác định chỉ số có giá trị cao hoặc thấp „ D đại diện cho loài ưu thế được sử dụng trong việc theo dõi nghiên cứu môi trường, khi D tăng thì đa dạng giảm vì thế nó có hiệu quả trong việc đánh giá tác động môi trường „ Simpson's Diversity Index là chỉ số đo về mức độ đa dạng mà xem xét cả độ giàu có và đồng đều Chỉ số Shannon „ Chỉ số này thuận lợi là xem xét số loài và mức độ đồng đều của các loài. Chỉ số này tăng khi có nhiều loài độc đáo hay có độ giàu có của loài (S) lớn. „ ni số cá thể có trong mỗi loài; mức độ phong phú của mỗi loài. „ S Số loài. Được gọi là độ giàu có của loài. „ N Tổng số các cá thể „ pi = Mức độ phong phú tương đối của mỗi loài, tức là tổng số cá thể của một loài nào đó trên tổng số cá thể của các loài trong quần xã Ví dụ • Chỉ số ĐD Simpson biến đổi khi số loài hiếm tăng và số cá thể thay đổi. • Chỉ số Berger-Parker tăng không đáng kể khi loài hiếm tăng • Chỉ số ĐD Shannon biến đổi khi số loài hiếm tăng Độ đồng đều EH „ Các chỉ số đa dạng cung cấp thông tin về loài hiếm, loài phổ biến trong một quần xã. Khả năng định lượng đa dạng theo cách này là một công cụ quan trọng cho các nhà sinh học cố gắng để hiểu biết cấu trúc của quần xã. „ Chỉ số đồng đều Shannon's (EH) „ 0 ≤ EH ≤ 1, khi EH = 1 là độ đồng đều cao nhất. (EH = H /Hmax, with Hmax = lnS) (ED = D /Dmax, with Dmax = S) (EH = H /Hmax, with Hmax = lnS) Chỉ số Berger-Parker „ Chỉ số Berger-Parker index được tính toán dễ dàng khi có tỉ lệ loài lớn nhất của tất cả các loài trong một quần xã. „ Đây là chỉ số mà ảnh hưởng mạnh nhất bở sự đồng đều của các chỉ số đã được đề cập ở trên (Chỉ số Shannon có khuynh hướng thiên về độ giàu có). Chỉ số nghịch đảo 1/d là 1 chỉ số của đa dạng. Chỉ số Simpson có giá trị cao nhất khi số lượng loài giống nhau là S N= Tổng số cá thể của các loài Nmax: Số cá thể của loài phổ biến nhất Accumulation curves (Đường cong tích lũy) Để so sánh từ những nghiên cứu khác nhau, đường cong tích lũy loài được tính toán để các kết quả có thể so sánh kết quả với kích thước mẫu Đường cong k- dominance „ Tỉ lệ % mức phong phú tích lũy của ô mẫu với log xếp hạng của loài. „ Đường càng thấp đa dạng càng cao. Đường cong k-dominance đo mức độ đa dạng bên trong. Abundance plot 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 „ Mức phong phú của ô với log xếp hạng của loài, hệ thống đồ thị để so sánh đa dạng Abundance plot: Rank Được tính từ tỉ lệ phong phú Chỉ số biến động từ 0 đến vô cực, thường thể hiện giá trị 0, 1, 2 và ∞ thường giống nhau theo thứ loài giàu có như chỉ số Shannon, 1/D Simpson (theo tỉ lệ ln) và 1/Berger-Parker (theo tỉ lệ ln). Quần xã có đa dạng lớn nhất sẽ hoàn toàn nằm trên đường cong của quần xã với mức đa dạng thấp nhất. Quần xã phân bố hoàn toàn nằm ngang. Trong trường hợp các đường cong giao nhau có nghĩa là hai quần xã không thể xếp thứ tự đa dạng từ thấp đến cao. Hình dưới cho thấy 2 QX trên được phân tích cho thấy một QX thì rất giàu nhưng phân bố không đều. Đồ thị cho thấy chỉ số Shannon của 2 QX bằng nhau nhưng không đủ thông tin để quyết định thát các QX này có đa dạng giống nhau. Rényi diversity series Kích thước mẫu phụ thuộc vào nhiều chỉ số ĐDSH Soetaert et al 1990 SHE analysis „ Xác định các mối quan hệ giữa độ giàu có của loài S (species richness), chỉ số Shannon H (information) và chỉ số tương đồng E (eveness) trong các mẫu. Điều này có lợi cho việc kiểm tra nếu số liệu giống với hàm log- normal, chuỗi log (log-series) hay broken stick. „ Điều này chắc chắn cho phương pháp thực hành hiệu quả nhất để kiểm tra sự phù hợp 'goodness-of-fit' to của các mô hình. Nó thường được dùng để tìm kiếm các vùng chuyển tiếp (ecotones). Rarefaction „ Thuật ngữ rarefaction trong sinh thái học đề cập như là một kỹ thuật, cách tiêu chuẩn hoá và so sánh độ giàu có của loài (S) được tính từ các mẫu có kích thước khác nhau. Nhớ rằng „ N = Tổng kích cở mẫu „ S = Số loài „ n = Kích thước mẫu tiêu chuẩn được dùng để so sánh „ Ni = Số cá thể trong loài thứ i „ Thường thì tổng số Ni phải bằng N Chỉnh lại xu hướng trong số loài do kích thước mẫu bằng tiêu chuẩn hoá đến số loài được mong đợi trong một mẫu. Nếu chúng có cùng tổng kích thước khi mẫu nhỏ nhất Ex: Có 2 mẫu, mẫu A có 100 cá thể và 100 cá thể đó xuất hiện trong 9 loài. Mẫu B có 25 cá thể trong 4 loài. Rarefaction trả lời câu hỏi “Bao nhiêu loài được mong đợi trong mẫu A nếu tôi chỉ lấy 25 cá thể thay vì 100 cá thể ? N = Tổng số cá thể trong mẫu riêng biệt (100 cá thể trong mẫu A) Ni = Số cá thể trong loài thứ I n = Kích thước của mẫu nhỏ hơn (25 cá thể trong mẫu B). Chúng ta tính E(S), số loài được mong đợi trong mẫu NẾU MẪU CÓ KÍCH THƯỚC NHỎ HƠN (n). Rarefaction Đường cong này là phân bố số loài như là một hàm số của số cá thể lấy từ mẫu Nếu đường cong dốc thì đa dạng loài càng cao, nếu một phần của dường cong bằng phẳng thì một số cá thể vừa phải và lấy mẫu thêm sẽ cần thiết chỉ một số nhỏ loài thêm vào Rarefaction curves Để so sánh mức độ khác nhau của hai quần xã, người ta thường sử dụng chỉ số Jaccard, tính theo công thức: cK a b c = + +Chỉ số Jaccard daLoài không xuất hiện bcLoài xuất hiện Loài không xuất hiện Loài xuất hiện Khu B Khu A Chỉ số Brillouin „ Dùng khi nghi ngờ lấy mẫu bừa bãi „ Giống như H', nhưng trên cơ sở số lượng thay vì tỉ lệ. „ Chỉ số Brillouin sẽ gia tăng khi tổng số cá thể trong mẫu tăng, ngay cả số loài Chỉ số Brillouin tăng khi tổng số cá thể trong mẫu tăng, ngay cả khi số loài tăng Abundance model: Broken Stick model „ Giả thuyết không trên cơ sở không có mối quan hệ giữa các loài „ Trục nguồn (các que) được chia giữa các loài một cách ngẫu nhiên và đồng thời „ Trục x là phong phú của một loài „ Trục này cụ thể là chia số cá thể thành các lớp phong phú „ Trục y là số loài trong mỗi lớp (cấp) „ Khi số lượng lớn các yếu tố ảnh hưởng đến số lượng loài hiện có thì dạng đường cong sẽ nhô lên và cao ở giữa, thường thì đường cong không có rơi sát trục x. Khi đường cong rơi sát trục x có nghĩa là ở chỗ đó có loài hiếm tìm thấy „ Khi dung lượng mẫu càng lớn thì đường cong sẽ hướng về phía bên mặt „ Hình dạng đồ thị giống đường cong chuẩn mà gọi là log chuẩn "log-normal" Abundance model: log series a ƒ Cách tính cũng tương tự chỉ số Margalef và Menhinick ƒ Càng phong phú thì loài phân bố càng không đồng đều ƒ Trục Y là số loài trong mỗi cấp ƒ Trục X là chia số cá thể thành nhiều cấp phong phú log series a Bảng tổng hợp Chỉ số Stress „ Stress < 0.05 cho thấy đại diện rất tốt, nhưng khi stress < 0.01 sự lập lại chấm dứt ở trị số này. „ Stress <0.1 tương ứng với sự sắp xếp tốt „ Stress <0.2 vẫn cho thấy tiềm năng sử dụng hình ảnh 2 D „ Stress > 0.3 cho thấy các điểm gần nhau một cách tùy tiện trong 2 D. Thực tế cho thấy vị trí ngẫu nhiên được dùng khi bắt đầu cấu hình cho sự lặp lại thường thì chỉ số strees 0.35–0.45. „ Giá trị stress 0.2–0.3 thường thì hồ nghi và bỏ phần nào đó ở phía nửa trên của chuổi, đặc biệt cho một số ít điểm (khoảng < 50) Chỉ số stress chỉ cho thấy các mối quan hệ về kích thước trong các mẫu được đại diện thứ tự trong 2D Coastal management Sourcebooks 3 Part 3 Habitat Classification and Mapping, UNESCO-CSI Đa dạng sinh học theo „ Thành phần loài thực vật theo dạng sống „ Thực vật thân gỗ (Gỗ lớn và gỗ nhỏ) „ Thực vật cây bụi, tiểu mộc „ Thực vật thảm tươi, caây cỏ „ Thực vật ngoại tầng (Daây leo, kí sinh, phụ sinh) „ Khuyết thực vật „ Thành phần loài theo ngành thực vật „ Thành phần loài theo các họ thực vật „ Thành phần loài hoặc chi thực vật Xem xét bảo tồn loài „ Những loài thực vật trong sách đỏ của VN và của IUCN. „ Những loài thực vật quý hiếm và đặc hữu, loài thực vật quý hiếm theo Nghị định 18/HĐBT ngày 17-1-1992 của Hội Đồng Bộ Trưởng và Nghị định 48/2002/NĐ-CP ngày 24-4-2002 của Chính phủ „ Thực vật đặc hữu được hiểu là những loài chỉ phân bố trong phạm vi không gian của một địa phương, của một vùng hay một miền nào đó, ngoài ra không gặp ở bất kỳ nơi nào khác Chọn lựa để bảo tồn „ Đại diện sinh học „ Độc đáo về sinh học „ Tự nhiên „ Đặc hữu „ Có ý nghĩa cho các vùng có giá trị ĐDSH cao „ Nhập lượng thường xuyên: Chứa nước… „ Có ý nghĩa theo chu kỳ: làm tổ, vùng đất trú đông, dừng chân trên đường di trú „ Nhập vào theo thởi kỳ: Nơi trú ngụ khi lụt „ Loài có giá trị hay quan trọng „ Tiềm năng có giá trị ĐDSH cao „ Hỗ trợ chức năng cho các lập địa và cho các loài „ Giá trị kinh tế xã hội „ Giá trị tiềm năng của khu nơi có tiềm năng về ĐDSH nhưng giá trị ĐDSH chưa được nghiên cứu „ Giá trị khả thi bảo tồn „ Hiện trạng bảo tồn „ Mức độ đe doạ „ Năng lực quản lý „ Kích thước và thương tổn sinh thái Tài liệu tham khảo „ „ etric.html#BIO412Ch15Anchor02 „ K. R. Clarke & R. M. Warwick, 2001. Change in Marine Communities: An Approach to Statistical Analysis and Interpretation, 2nd Edition