Chỉ số đa dạng sinh học

Đ I H C KHOA H C T NHIÊN – Đ I H C QU C GIA TP H CHÍ MINHẠ Ọ Ọ Ự Ạ Ọ Ố Ồ CH S ĐA D NG SINH H CỈ Ố Ạ Ọ CH S SHANNONỈ Ố Nhóm môn h c:ọ Võ Đoàn Trúc Dân 0617014 Lê Th Thanh Phúc 0617059ị Nguy n Hào Quang 0617062ễ Tr n Th Thanh Thúy 0617080ầ ị Tr n Th C m Tú 0617092ầ ị ẩ 4/12/2009 Ch s đa d ng sinh h c ỉ ố ạ ọ Ch s Shannonỉ ố 1. Ch s đa d ng sinh h cỉ ố ạ ọ 1.1. Đ nh nghĩaị M t ch s đa d ng là m t công th c đo l ng s đa d ng loài trong m t qu n xã. Nh ngộ ỉ ố ạ ộ ứ ườ ự ạ ộ ầ ữ ch s đa d ng cung c p nhi u thông tin v c u trúc qu n xã h n là ch đ n gi n là s phongỉ ố ạ ấ ề ề ấ ầ ơ ỉ ơ ả ự phú v loài (nh là s loài có m t), n m gi t ng đ i nhi u nh ng loài khác nhau trong vi cề ư ố ặ ắ ữ ươ ố ề ữ ệ tính toán. Nh ng ch s đa d ng cung c p nhi u thông tin quan tr ng v s quý hi m và tính ch tữ ỉ ố ạ ấ ề ọ ề ự ế ấ chung c a nh ng loài trong m t qu n xã. Kh năng đ xác đ nh s l ng đa d ng trong cáchủ ữ ộ ầ ả ể ị ố ượ ạ này là m t công c quan tr ng cho các nhà sinh h c đang c g ng hi u v c u trúc qu n xã.ộ ụ ọ ọ ố ắ ể ề ấ ầ 1.2. Các ch s đa d ng sinh h cỉ ố ạ ọ Các ch s dùng trong đánh giá đa d ng sinh h c: đa d ng loài, log Alpha, log-Normalỉ ố ạ ọ ạ Lambda, ch s Simpson, McIntosh, Berger-Parker, ch s Shannon-Wiener, Brillouin…ỉ ố ỉ ố Trong đó, những cách tính thông th ng nh t v đa d ng sinh h c là đa d ng loài, ch sườ ấ ề ạ ọ ạ ỉ ố Simpson và ch s Shannon.ỉ ố • Đa d ng loài (S): là tông sô sinh vât khac nhau hiên diên. Đây là cách tính đ n gi n nh t vạ ̉ ́ ̣ ́ ̣ ̣ ơ ả ấ ề đa d ng sinh h c. Tuy nhiên, cách tính này không xác đ nh đ c m t đ phân b hay tạ ọ ị ượ ậ ộ ố ổ ch c trong nh ng loài c th đó.ứ ữ ụ ể • Ch s Simpson (D): m t cách tính c đ phong phú và t l (%) c a m i loài là ch s đaỉ ố ộ ả ộ ỷ ệ ủ ỗ ỉ ố d ng sinh h c Simpson. Đây là công c h u ích cho các nhà sinh thái v sinh v t trên c nạ ọ ụ ữ ề ậ ạ và s ng trong n c trong nhi u năm và s giúp chúng ta hi u các d li u s c a sinh v t vàố ướ ề ẽ ể ữ ệ ố ủ ậ ki u sinh s ng m t môi tr ng c th .ể ố ở ộ ườ ụ ể 2. Ch s Shannonỉ ố 2.1. Đ nh nghĩaị Ch s Shannon,ỉ ố đôi khi đ c g i là ch s Shannon-Wiener hay ch s Shannon-Weaver, làượ ọ ỉ ố ỉ ố m t cách đo l ng c a các nhà sinh thái h c khi h th ng bao g m nhi u cá th mà m i cá thộ ườ ủ ọ ệ ố ồ ề ể ỗ ể đ c nh n d ng và ki m đ nh. V i m t m u nh , ch s này là t s c a s l ng c a m t loàiượ ậ ạ ể ị ớ ộ ẫ ỏ ỉ ố ỷ ố ủ ố ượ ủ ộ v i các giá tr c a loài đó (nh là sinh kh i, hay s s n xu t) trong qu n xã hay chu i th c ăn.ớ ị ủ ư ố ự ả ấ ầ ỗ ứ Cách tính này đ n t thuy t thông tin và tính toán s s p x p (hay không s p x p) c a m tế ừ ế ự ắ ế ắ ế ủ ộ k s đi n t và nhà toán h c ng i M Claude Shannon (30/4/1916 –24/2/2001) đ c bi t t iỹ ư ệ ử ọ ườ ỹ ượ ế ớ là cha đ c a thuy t thông tin. Ch s Shannon l n đ u tiên đ c đ a ra trong thuy t thông tinẻ ủ ế ỉ ố ầ ầ ượ ư ế c a Claude Shannon năm 1948. Trong nghiên c u sinh thái h c, s s p x p này đ c đ c tr ngủ ứ ọ ự ắ ế ượ ặ ư b i s l ng cá th quan sát đ c c a m i loài trong vùng m u.ở ố ượ ể ượ ủ ỗ ẫ Các tên g i khác c a ch s Shannon là Shannon-Wiener hay Shannon-Weaver là cách g iọ ủ ỉ ố ọ sai. Warren Weaver hay Nobert Wiener th ng đ c coi là đ ng tác gi v i thuy t thông tinườ ượ ồ ả ớ ế c a Shannon. Tuy nhiên đây đ u là nh ng hi u l m. Tên đúng c a ch s này là “ch sủ ề ữ ể ầ ủ ỉ ố ỉ ố Shannon” ( Shannon index). 2.2. Cách tính  Các b c tinhướ ́ : 1. Chia sô ca thê Ń ́ ̉ 1 cua loai s 1 cho tông sô ca thê cua tât ca cac loai. Đo la P̉ ̀ ố ̉ ́ ́ ̉ ̉ ́ ̉ ́ ̀ ́ ̀ i. 2. Tính ln(P1) ho c log(Pặ 1) c s 2.ơ ố 3. Lăp lai b c đo cho tât ca nh ng loai khac ma ban co. Loai cuôi cung la loai th S.̣ ̣ ướ ́ ́ ̉ ữ ̀ ́ ̀ ̣ ́ ̀ ́ ̀ ̀ ̀ ứ 4. Tính tông - (P̉ i * ln[Pi]) ho c - (Pặ i * log[Pi]) v i s loài là S, kêt qua nhân đ c là gia tri H – chớ ố ́ ̉ ̣ ượ ́ ̣ ỉ s đa d ng Shannon.ố ạ Công th c tính:ứ ho c ặ H = chi sô đa dang Shannon.̉ ́ ̣ Pi = t l cua m t loài i trên toan bô qu n xãỷ ệ ̉ ộ ̀ ̣ ầ S = sô loai đêm đ ć ̀ ́ ượ ∑ = tông t loai 1 đên loai S̉ ừ ̀ ́ ̀  Ví d :ụ cách tính ch s Hỉ ố Loài chim Ni Pi ln Pi - (Pi * ln Pi) Chim bô câù 96 0.96 -0.041 0.039 Chim cô đỏ ̉ 1 0.01 -4.61 0.046 Chim sao đá́ 1 0.01 -4.61 0.046 Quạ 1 0.01 -4.61 0.046 Chim sẻ 1 0.01 -4.61 0.046 T ngổ 100 0.223 Ch s Shannon: H = 0.039 + 0.046 + 0.046 + 0.046 + 0.046 = 0.223ỉ ố 2.3. Ch s cân b ng Shannonỉ ố ằ M t cách đo khác c a ch s Shannon có "S" s loài có trong m u th , và E là m c ngangộ ủ ỉ ố ố ẫ ử ứ b ng cho các loài này.ằ Công th c tính E: ứ E = H / Hmax E = H / ln (S) ho c ặ E= H / log(S) E luôn n m trong kho ng 0 – 1.ằ ả N u E = 1, các loài đ u bìnhđ ng trong môi tr ng s ng hi n t i.ế ề ẳ ườ ố ệ ạ 2.4. Ví dụ M t ví d c th : tính ch s Shannon trên 3 m u sinh v t.ộ ụ ụ ể ỉ ố ẫ ậ M u Iẫ Loài S cá thố ể 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 T ngổ 54 1 H= 1.15 M u Iẫ I 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 T ng ổ 108 1 H= 1.15 M u IIIẫ 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 T ng ổ 58 1 H= 1.36 2.5. Nh n xétậ - Có th th y r ng đ i v i b t kỳ s l ng cho các loài, có m t giá tr t i đa có th c a H:ể ấ ằ ố ớ ấ ố ượ ộ ị ố ể ủ H max = lnS x y ra khi t t c các loài đang t n t i v i s l ng b ng nhau.ả ấ ả ồ ạ ớ ố ượ ằ - Ch s này không bi n đ i theo kích th c m u, nh ng bi n đ i v i t l các loài thêmỉ ố ế ổ ướ ẫ ư ế ổ ớ ỷ ệ vào m u đó.ẫ Có nhi u loài trong m t qu n xã, giá tr H s cao.ề ộ ầ ị ẽ Qu n xã A v i chi môt loai se co môt gia tri H = 0 vi Pầ ớ ̉ ̣ ̀ ̃ ́ ̣ ́ ̣ ̀ i se băng 1 va khi đ c nhân v i ln P̃ ̀ ̀ ượ ớ i (ln Pi = 0). - Nêu cac loai phân bô ngang b ng nhau, gia tri H se cao. Vi vây t gia tri H đ c không chí ́ ̀ ̉ ằ ́ ̣ ̃ ̀ ̣ ừ ́ ̣ ượ ̉ biêt sô loai ma con biêt đ c s giau co cua loai đ c phân bô trong sô tât ca nh ng loai tronǵ ́ ̀ ̀ ̀ ́ ượ ự ̀ ́ ̉ ̀ ượ ̉ ́ ́ ̉ ữ ̀ qu n xã.ầ - Nh v y, giá tr H cao là s k t h p c a s đa d ng v loài và s cân b ng s l ngư ậ ị ự ế ợ ủ ự ạ ề ự ằ ố ượ gi a các loài.ữ 2.6. ng d ng chí s ShannonỨ ụ ố - Ch s Shannon đ c s d ng đ so sánh s đa d ng gi a các m u môi tr ng s ng; soỉ ố ượ ử ụ ể ự ạ ữ ẫ ườ ố sánh gi a hai môi tr ng s ng khác nhau; ho c so sánh trong m t môi tr ng s ng theoữ ườ ố ặ ộ ườ ố th i gian đ th y s thay đ i đa d ng sinh h c.ờ ể ấ ự ổ ạ ọ - Ch s Shannon ch ra m c đ ô nhi m trong môi tr ng th y v c:ỉ ố ỉ ứ ộ ễ ườ ủ ự • H<1 r t nhi m b n (polysaprobic)ấ ễ ẩ • H 1 – 2 nhi m b n v a m c α (α mesosaprobic)ễ ẩ ừ ứ • H 2 - 3 nhi m b n v a m c β (β mesosaprobic)ễ ẩ ừ ứ • H 3 - 4.5 nhi m b n nh (oligosaprobic)ễ ẩ ẹ Tài li u tham kh oệ ả 1. Qu n lý ch t l ng môi tr ng, Nguy n Th Vân Hà, Nhà xu t b n ĐH qu c gia, 2007ả ấ ượ ườ ễ ị ấ ả ố 2. Tài li u internetệ 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.