L' indice di Shannon , noto anche in letteratura come Shannon-Weaver, viene utilizzato per quantificare la biodiversità specifica. Il simbolo H 'è usato per rappresentarlo, ei suoi valori oscillano tra numeri positivi, generalmente tra 2, 3 e 4. In letteratura, questo indice è uno dei più diffusi per la misurazione della biodiversità.
L'indice tiene conto del numero di specie presenti nel campione e del numero relativo di individui per ciascuna delle specie. Cioè, contempla la ricchezza e l'abbondanza della specie.
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Poiché la formula coinvolta nel suo calcolo implica un logaritmo, non esiste un valore massimo per l'indice. Tuttavia, il valore minimo è zero, indicando l'assenza di diversità, la condizione che esiste in una monocoltura, ad esempio, dove esiste una sola specie.
I valori inferiori a 2 sono interpretati come ecosistemi con una diversità di specie relativamente bassa, mentre i valori superiori a 3 sono alti. Le regioni desertiche sono esempi di ecosistemi non molto diversi.
Le foreste tropicali e le barriere coralline, al contrario, sono ecosistemi con una biodiversità piuttosto elevata di specie.
Prospettiva storica
L'indice di Shannon è stato proposto da Claude Elwood Shannon (1916-2001), con l'obiettivo di trovare una misura che potesse quantificare l'entropia. Questo ricercatore era un matematico e ingegnere elettrico, originario degli Stati Uniti.
C'è una certa confusione con il nome effettivo dell'indice. Il nome completo è Shannon-Weiner index. Tuttavia, in molte occasioni gli autori lo chiamano indice di Shannon-Weaver.
Questo errore si è verificato, in parte, perché Claude Shannon ha lavorato in collaborazione con il matematico Warren Weaver in diverse occasioni.
Definizione
La diversità è uno dei parametri più importanti utilizzati per descrivere gli ecosistemi.
L'indice di Shannon è un indice che cerca di misurare la diversità delle specie, considerando la loro uniformità. È un'applicazione della teoria dell'informazione e si basa sull'idea che una maggiore diversità corrisponde a una maggiore incertezza nella scelta casuale di una specie specifica.
In altre parole, l'indice formula l'uniformità dei valori di importanza tra tutte le specie del campione.
Può assumere i seguenti valori minimo e massimo: zero indica che esiste una sola specie, mentre il logaritmo di S (numero totale di specie nel campione) significa che tutte le specie sono rappresentate dallo stesso numero di individui.
Supponiamo di avere un ipotetico ecosistema con solo due specie. Pensiamo anche che siano nella stessa frequenza (sono equifrequenti). Pertanto, l'incertezza è del 50%, poiché le due alternative sono ugualmente possibili.
L'identificazione che dà la certezza è l'unità di informazione, chiamata “bit”. Se abbiamo, ad esempio, quattro specie equifrequenti, la diversità sarà di due bit.
Formula
Matematicamente, calcoliamo l'indice di Shannon mediante la seguente espressione:
Nell'espressione dell'indice, la variabile pi rappresenta l'abbondanza proporzionale della specie i, calcolata come il peso secco della specie, diviso, a sua volta, per il peso secco totale nel campione.
In questo modo l'indice quantifica l'incertezza nella predizione dell'identità della specie di un individuo che viene prelevata a caso da un campione.
Inoltre, la base del logaritmo utilizzato nell'espressione può essere liberamente scelta dal ricercatore. Shannon stesso ha discusso i logaritmi in base 2, 10 ed e, dove ciascuno corrispondeva a diverse unità di misura.
Pertanto, le unità sono cifre binarie o bit, cifre decimali e cifre naturali, rispettivamente per le basi 2, 10 ed e.
Vantaggio
L'indice di Shannon è uno dei più utilizzati nella ricerca ecologica, poiché la sua applicazione porta alcuni vantaggi, rispetto agli altri indici di diversità che sono relativamente popolari.
In primo luogo, l'indice non è influenzato in modo significativo dalla dimensione del campione. Diversi studi hanno cercato di trovare l'effetto della dimensione del campione e hanno concluso che, in effetti, la dimensione del campione ha un effetto molto leggero sulle misurazioni della diversità delle specie.
In secondo luogo, l'applicazione dell'indice porta all'acquisizione di una grande quantità di informazioni, in una sola espressione matematica. Questa è una funzione molto utile se desideri comunicare una quantità significativa di informazioni a un vasto pubblico.
Inoltre, mettere un indice "nel contesto" è fondamentale per la sua interpretazione. La prima parte è riconoscere i valori massimo e minimo che restituisce. Nell'indice di Shannon, è facile vedere che il massimo corrisponde a Log S, dove S è ricchezza e il minimo è 0.
Uniformità
L'indice di Shannon si basa su un concetto molto rilevante in ecologia: l'uniformità. Questo parametro si riferisce al grado di rappresentanza delle specie in tutto il campione.
Gli estremi comprendono una singola specie dominante e altre specie presenti in numero molto basso (valori di uniformità prossimi a 0), a tutte le specie rappresentate da numeri uguali (valori di uniformità prossimi a 1).
L'uniformità gioca un ruolo fondamentale nell'analisi ecologica della diversità. Ad esempio, in comunità più uniformi, l'indice di Shannon diventa più sensibile alla ricchezza.
applicabilità
Gli indici di diversità sono ampiamente utilizzati nel monitoraggio, dal punto di vista dell'ecologia e della conservazione delle specie minacciate di estinzione.
Gli indici di diversità delle specie hanno la particolarità di riassumere una grande e importante quantità di dati che possono essere utilizzati per dedurre le caratteristiche della popolazione.
Questo indice è stato utilizzato per studiare i diversi effetti dei disturbi e dello stress sulla diversità delle comunità, sia animali che vegetali, poiché fornisce informazioni complesse basate sul numero di specie e sull'uniformità.
Infine, il legame tra la diversità degli ecosistemi e la loro resilienza è stato oggetto di ampio dibattito. Alcuni studi sono stati in grado di corroborare questo approccio.
Riferimenti
- Gliessman, SR (2002). Agroecologia: processi ecologici nell'agricoltura sostenibile. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Sistemi silvo-pastorali stabiliti con Pinus radiata D. Don e Betula alba L. in Galizia. Università Santiago de Compostela.
- Jorgensen, SE (2008). Enciclopedia dell'ecologia, a cura di Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Sviluppo di parametri per l'equità, la diversità e la concorrenza: nuove misure per scuole e università. Routledge.
- Pal, R. e Choudhury, AK (2014). Un'introduzione ai fitoplancton: diversità ed ecologia. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiversità: inferenza basata sull'indice e sulla ricchezza di Shannon. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Characterizing Communities. Conoscenza dell'educazione sulla natura 3 (10): 39