De Shannon-index , in de literatuur ook bekend als Shannon-Weaver, wordt gebruikt om specifieke biodiversiteit te kwantificeren. Het symbool H 'wordt gebruikt om het weer te geven, en de waarden liggen tussen positieve getallen, meestal tussen 2, 3 en 4. In de literatuur is deze index een van de meest populaire voor het meten van biodiversiteit.
De index houdt rekening met het aantal soorten dat in de steekproef voorkomt en het relatieve aantal individuen voor elk van de soorten. Dat wil zeggen, het beschouwt de rijkdom en overvloed van de soort.
Bron: pixabay.com
Omdat de formule die bij de berekening betrokken is, een logaritme bevat, is er geen maximale waarde voor de index. De minimumwaarde is echter nul, wat wijst op de afwezigheid van diversiteit - de toestand die bijvoorbeeld in een monocultuur bestaat, waar er maar één soort is.
Waarden kleiner dan 2 worden geïnterpreteerd als ecosystemen met een relatief lage soortendiversiteit, terwijl waarden groter dan 3 hoog zijn. Woestijngebieden zijn voorbeelden van niet erg diverse ecosystemen.
Tropische bossen en riffen daarentegen zijn ecosystemen met een vrij hoge soortenbiodiversiteit.
Historisch perspectief
De Shannon-index werd voorgesteld door Claude Elwood Shannon (1916 - 2001), met als doel een maat te vinden die entropie kon kwantificeren. Deze onderzoeker was een wiskundige en elektrotechnisch ingenieur en kwam oorspronkelijk uit de Verenigde Staten.
Er is enige verwarring met de werkelijke naam van de index. De volledige naam is Shannon-Weiner-index. In veel gevallen noemen de auteurs het echter de Shannon-Weaver-index.
Deze fout is gedeeltelijk opgetreden omdat Claude Shannon verschillende keren samenwerkte met de wiskundige Warren Weaver.
Definitie
Diversiteit is een van de belangrijkste parameters die worden gebruikt om ecosystemen te beschrijven.
De Shannon-index is een index die de diversiteit van soorten probeert te meten, rekening houdend met hun uniformiteit. Het is een toepassing van informatietheorie en is gebaseerd op het idee dat grotere diversiteit overeenkomt met grotere onzekerheid bij het willekeurig kiezen van een specifieke soort.
Met andere woorden, de index formuleert de uniformiteit van de belangrijkheidswaarden over alle soorten in de steekproef.
Het kan de volgende minimum- en maximumwaarden aannemen: nul geeft aan dat er slechts één soort is, terwijl de logaritme van S (totaal aantal soorten in de steekproef) betekent dat alle soorten worden vertegenwoordigd door hetzelfde aantal individuen.
Stel dat we een hypothetisch ecosysteem hebben met slechts twee soorten. Laten we ook denken dat ze dezelfde frequentie hebben (ze zijn gelijkwaardig). De onzekerheid is dus 50%, aangezien de twee alternatieven even goed mogelijk zijn.
De identificatie die de zekerheid geeft, is de informatie-eenheid, genaamd “bit”. Als we bijvoorbeeld vier gelijkwaardige soorten hebben, is de diversiteit twee bits.
Formule
Wiskundig berekenen we de Shannon-index door middel van de volgende uitdrukking:
In de uitdrukking van de index vertegenwoordigt de variabele pi de proportionele abundantie van soort i, berekend als het drooggewicht van de soort, op zijn beurt gedeeld door het totale droge gewicht in het monster.
Op deze manier kwantificeert de index de onzekerheid in de voorspelling van de identiteit van de soort van een individu die willekeurig uit een steekproef wordt genomen.
Bovendien kan de basis van de logaritme die in de uitdrukking wordt gebruikt, vrij door de onderzoeker worden gekozen. Shannon besprak zelf logaritmen in grondtal 2, 10 en e, waarbij elk overeenkwam met verschillende meeteenheden.
De eenheden zijn dus binaire cijfers of bits, decimale cijfers en natuurlijke cijfers voor respectievelijk grondtal 2, 10 en e.
Voordeel
De Shannon-index is een van de meest gebruikte in ecologisch onderzoek, aangezien de toepassing ervan bepaalde voordelen met zich meebrengt in vergelijking met de andere diversiteitsindexen die relatief populair zijn.
Ten eerste wordt de index niet significant beïnvloed door de omvang van de steekproef. Diverse onderzoeken hebben gezocht naar het effect van de steekproefomvang en hebben geconcludeerd dat de steekproefomvang inderdaad een zeer gering effect heeft op de metingen van de diversiteit van de soort.
Ten tweede leidt de toepassing van de index tot het vastleggen van een grote hoeveelheid informatie, in slechts één wiskundige uitdrukking. Dit is een erg handige functie als u een aanzienlijke hoeveelheid informatie aan een breed publiek wilt communiceren.
Bovendien is het plaatsen van een index "in context" cruciaal voor de interpretatie ervan. Het eerste deel is om de maximale en minimale waarden te herkennen die het retourneert. In de Shannon-index is het gemakkelijk te zien dat het maximum overeenkomt met Log S, waarbij S rijkdom is en het minimum 0.
Uniformiteit
De Shannon-index is gebaseerd op een zeer relevant concept in de ecologie: uniformiteit. Deze parameter verwijst naar de mate waarin de soort in het monster wordt weergegeven.
De extremen omvatten een enkele dominante soort en andere soorten die in zeer lage aantallen aanwezig zijn (uniformiteitswaarden dichtbij 0), voor alle soorten vertegenwoordigd door gelijke aantallen (uniformiteitswaarden dichtbij 1).
Uniformiteit speelt een fundamentele rol bij de ecologische analyse van diversiteit. In meer uniforme gemeenschappen wordt de Shannon-index bijvoorbeeld gevoeliger voor rijkdom.
Toepasbaarheid
Diversiteitsindices worden veel gebruikt bij de monitoring, vanuit het oogpunt van ecologie en het behoud van bedreigde soorten.
Diversiteitsindices van soorten hebben de bijzonderheid dat ze een grote en belangrijke hoeveelheid gegevens samenvatten die kunnen worden gebruikt om populatiekenmerken af te leiden.
Deze index is gebruikt om de verschillende effecten van verstoringen en stress op de diversiteit van gemeenschappen, zowel dieren als planten, te bestuderen, aangezien het complexe informatie geeft op basis van het aantal soorten en uniformiteit.
Ten slotte is het verband tussen de diversiteit van ecosystemen en hun veerkracht onderwerp van brede discussie geweest. Sommige studies hebben deze benadering kunnen bevestigen.
Referenties
- Gliessman, SR (2002). Agro-ecologie: ecologische processen in duurzame landbouw. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Silvopastoral-systemen tot stand gebracht met Pinus radiata D. Don en Betula alba L. in Galicië. Universiteit van Santiago de Compostela.
- Jorgensen, SE (2008). Encyclopedia of ecology, uitgegeven door Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Ontwikkeling van maatstaven voor gelijkheid, diversiteit en concurrentie: nieuwe maatregelen voor scholen en universiteiten. Routledge.
- Pal, R., en Choudhury, AK (2014). Een inleiding tot fytoplanktons: diversiteit en ecologie. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiversiteit: inferentie op basis van de Shannon-index en rijkdom. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Karakteriseren van gemeenschappen. Natuureducatie Kennis 3 (10): 39